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Sta serie hà u scopu di furnisce à i lettori una cunniscenza approfondita è progressiva di u sistema Time of Flight (TOF). U cuntenutu copre una panoramica cumpleta di i sistemi TOF, cumprese spiegazioni dettagliate di TOF indirettu (iTOF) è TOF direttu (dTOF). Queste rùbbriche approfondisce i paràmetri di u sistema, i so vantaghji è i disadvantages, è diversi algoritmi. L'articulu esplora ancu e diverse cumpunenti di i sistemi TOF, cum'è i Laser di Emissione di Superficie di Cavità Verticale (VCSEL), lenti di trasmissione è ricezione, sensori di riceve cum'è CIS, APD, SPAD, SiPM, è circuiti di driver cum'è ASIC.
Introduzione à TOF (Time of Flight)
Principi basi
TOF, chì significa Tempu di Volu, hè un metudu utilizatu per misurà a distanza calculendu u tempu chì ci vole à a luce per viaghjà una certa distanza in un mediu. Stu principiu hè principalmente applicatu in scenarii TOF ottici è hè relativamente simplice. U prucessu implica una fonte di luce chì emette un fasciu di luce, cù u tempu di emissione registratu. Questa luce poi si riflette nantu à una mira, hè catturata da un receptore, è u tempu di ricezione hè nutatu. A diferenza in questi tempi, denotata cum'è t, determina a distanza (d = vitezza di a luce (c) × t / 2).
Tipi di sensori ToF
Ci hè dui tipi principali di sensori ToF: otticu è elettromagneticu. I sensori ottici ToF, chì sò più cumuni, utilizanu impulsi luminosi, tipicamente in a gamma infrared, per a misurazione di distanza. Questi impulsi sò emessi da u sensoru, riflette un ughjettu, è tornanu à u sensoru, induve u tempu di viaghju hè misuratu è utilizatu per calculà a distanza. In cuntrastu, i sensori elettromagnetici ToF utilizanu onde elettromagnetiche, cum'è radar o lidar, per misurà a distanza. Operanu nantu à un principiu simili, ma utilizanu un mediu diversu permisurazione di distanza.
Applicazioni di i sensori ToF
I sensori ToF sò versatili è sò stati integrati in diversi campi:
Robotica:Adupratu per a rilevazione di l'ostaculi è a navigazione. Per esempiu, i robots cum'è Roomba è Boston Dynamics 'Atlas utilizanu camere di prufundità ToF per cartografia u circondu è pianificà i movimenti.
Sistemi di sicurezza:Cumunu in i sensori di muvimentu per a rilevazione di intrusi, attivazione di alarme, o attivazione di sistemi di càmera.
Industria di l'automobile:Incorporatu in i sistemi di assistenza à u cunduttore per u cuntrollu di crociera adattativu è evità di collisione, diventendu sempre più prevalenti in i novi mudelli di veiculi.
Campu Medicu: Impiegatu in l'imaghjini è diagnostichi non invasivi, cum'è a tomografia di coherenza ottica (OCT), chì producenu immagini di tissuti in alta risoluzione.
Elettronica di cunsumu: Integratu in smartphones, tablette è laptops per funzioni cum'è ricunniscenza faciale, autentificazione biometrica è ricunniscenza di gestu.
Drones:Adupratu per a navigazione, evità di collisione, è per affruntà i prublemi di privacy è aviazione
L'architettura di u sistema TOF
Un sistema TOF tipicu hè custituitu da parechji cumpunenti chjave per ottene a misurazione di distanza cum'è descritta:
· Trasmettitore (Tx):Stu include una fonte di luce laser, principarmenti aVCSEL, un circuitu driver ASIC per guidà u laser, è cumpunenti otticu per u cuntrollu di u fasciu cum'è lenti collimating o elementi ottichi diffrattivi, è filtri.
· Ricevitore (Rx):Questu hè custituitu di lenti è filtri à l'estremità di ricezione, sensori cum'è CIS, SPAD, o SiPM secondu u sistema TOF, è un Processor di Segnale Image (ISP) per processà una grande quantità di dati da u chip di u receptore.
·Gestione di l'energia:Gestione stabileU cuntrollu attuale per i VCSEL è l'alta tensione per i SPAD hè cruciale, chì necessitanu una gestione robusta di l'energia.
· Stratu di software:Questu include firmware, SDK, OS, è a strata di l'applicazione.
L'architettura dimustra cumu un fasciu laser, urigginatu da u VCSEL è mudificatu da cumpunenti ottichi, viaghja in u spaziu, riflette un ughjettu, è torna à u receptore. U calculu di u lapse di tempu in questu prucessu revela l'infurmazioni di distanza o di prufundità. Tuttavia, sta architettura ùn copre micca i camini di u rumore, cum'è u rumore induitu da a luce di u sole o u rumore multi-path da riflessioni, chì sò discututi più tardi in a serie.
Classificazione di i Sistemi TOF
I sistemi TOF sò principarmenti categurizzati da e so tecniche di misurazione di distanza: TOF direttu (dTOF) è TOF indirettu (iTOF), ognunu cù approcci hardware è algoritmichi distinti. A serie inizialmente delinea i so principii prima di sfondà in una analisi comparativa di i so vantaghji, sfide è paràmetri di u sistema.
Malgradu u principiu apparentemente simplice di TOF - emettenu un impulsu luminoso è rileva u so ritornu per calculà a distanza - a cumplessità si trova in a differenziazione di a luce di ritornu da a luce ambientale. Questu hè indirizzatu emettendu luce abbastanza luminosa per ottene un altu rapportu signale-rumore è selezziunate lunghezze d'onda adatte per minimizzà l'interferenza di luce ambientale. Un altru approcciu hè di codificà a luce emessa per fà distinguishà à u ritornu, simili à i signali SOS cù una linterna.
A serie procede à paragunà dTOF è iTOF, discutendu e so differenze, i vantaghji è e sfide in dettagliu, è categurizà ancu i sistemi TOF basatu nantu à a cumplessità di l'infurmazioni chì furniscenu, chì varieghja da 1D TOF à 3D TOF.
dTOF
U TOF direttu misura direttamente u tempu di volu di u fotone. U so cumpunente chjave, u Single Photon Avalanche Diode (SPAD), hè abbastanza sensibile per detectà i fotoni unichi. dTOF impiega Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC) per misurà u tempu di l'arrivu di i fotoni, custruendu un istogramma per deduce a distanza più probabile basatu nantu à a freccia più alta di una diferenza di tempu particulare.
iTOF
TOF indirettu calcula u tempu di volu basatu nantu à a differenza di fase trà e forme d'onda emesse è ricevute, cumunamenti utilizendu segnali di modulazione d'onda continua o impulsi. iTOF pò aduprà architetture standard di sensori di l'imaghjini, misurà l'intensità di a luce cù u tempu.
iTOF hè ulteriormente suddivisu in modulazione d'onda continua (CW-iTOF) è modulazione di impulsi (Pulsed-iTOF). CW-iTOF misura u sfasamentu trà l'onde sinusoidali emesse è ricevute, mentri Pulsed-iTOF calcula u sfasamentu cù segnali d'onda quadrata.
Lettura ulteriore:
- Wikipedia. (nd). Tempu di volu. Recuperatu dahttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
- Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (Time of Flight) | Tecnulugia cumuni di i sensori d'imaghjini. Recuperatu dahttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- Microsoft. (2021, 4 di ferraghju). Introduzione à Microsoft Time Of Flight (ToF) - Azure Depth Platform. Recuperatu dahttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
- ESCATEC. (2023, 2 di marzu). Sensori di u Tempu di Volu (TOF): Una Panoramica In Profonda è Applicazioni. Recuperatu dahttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications
Da a pagina webhttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/
da l'autore : Chao Guang
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Tempu di Postu: Dec-18-2023