اشترك في وسائل التواصل الاجتماعي الخاصة بنا للحصول على منشور سريع
تهدف هذه السلسلة إلى تزويد القراء بفهم متعمق وتقدمي لنظام وقت الرحلة (TOF). يغطي المحتوى نظرة عامة شاملة على أنظمة TOF ، بما في ذلك التفسيرات التفصيلية لكل من TOF غير المباشر (ITOF) و TOF المباشر (DTOF). هذه الأقسام تتحول إلى معلمات النظام ، ومزاياها وعيوبها ، والخوارزميات المختلفة. تستكشف المقالة أيضًا المكونات المختلفة لأنظمة TOF ، مثل ليزر سطح التجويف العمودي (VCSELS) ، وعدسات الإرسال والاستقبال ، ومستشعرات مثل CIS ، و APD ، و SPAD ، و SIPM ، ودوائر السائق مثل ASIC.
مقدمة إلى TOF (وقت الرحلة)
المبادئ الأساسية
TOF ، التي تقف لوقت الرحلة ، هي طريقة تستخدم لقياس المسافة عن طريق حساب الوقت الذي يستغرقه الضوء للسفر لمسافة معينة في وسيط. يتم تطبيق هذا المبدأ بشكل أساسي في سيناريوهات TOF البصرية وهو واضح ومباشر نسبيًا. تتضمن العملية مصدرًا للضوء ينبعث منه شعاع الضوء ، مع تسجيل وقت الانبعاث. هذا الضوء يعكس بعد ذلك الهدف ، ويتم التقاطه بواسطة جهاز استقبال ، ويتم الإشارة إلى وقت الاستقبال. الفرق في هذه الأوقات ، المُشير إلى T ، يحدد المسافة (D = سرعة الضوء (C) × T / 2).
أنواع أجهزة استشعار TOF
هناك نوعان أساسيان من أجهزة استشعار TOF: البصرية والكهرومغناطيسية. تستخدم مستشعرات TOF البصرية ، والتي هي أكثر شيوعًا ، نبضات الضوء ، عادة في نطاق الأشعة تحت الحمراء ، لقياس المسافة. تنبعث هذه النبضات من المستشعر ، وتعكس كائنًا ، وتعود إلى المستشعر ، حيث يتم قياس وقت السفر واستخدامه لحساب المسافة. في المقابل ، تستخدم مستشعرات TOF الكهرومغناطيسية الموجات الكهرومغناطيسية ، مثل الرادار أو lidar ، لقياس المسافة. تعمل على مبدأ مماثل ولكنهم يستخدمون وسيلة مختلفة لقياس المسافة.
تطبيقات أجهزة استشعار TOF
أجهزة استشعار TOF متعددة الاستخدامات وتم دمجها في مختلف المجالات:
الروبوتات:تستخدم للكشف عن العقبات والملاحة. على سبيل المثال ، تستخدم روبوتات مثل Roomba و Boston Dynamics كاميرات عمق TOF لتخطيط محيطها وحركات التخطيط.
أنظمة الأمن:شائعة في أجهزة استشعار الحركة للكشف عن المتسللين ، أو تشغيل الإنذارات ، أو تنشيط أنظمة الكاميرا.
صناعة السيارات:تم تأسيسه في أنظمة مساعد السائق للسيطرة على التطواف التكيفية وتجنب الاصطدام ، وأصبحت منتشرة بشكل متزايد في نماذج المركبات الجديدة.
المجال الطبي: يعمل في التصوير والتشخيصات غير الغازية ، مثل التصوير المقطعي التماسك البصري (OCT) ، مما ينتج عنه صور الأنسجة عالية الدقة.
إلكترونيات المستهلك: مدمجة في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة لميزات مثل التعرف على الوجه ، والمصادقة البيومترية ، والتعرف على الإيماءات.
الطائرات بدون طيار:يتم استخدامها للملاحة وتجنب الاصطدام ومعالجة مخاوف الخصوصية والطيران
بنية نظام TOF
يتكون نظام TOF النموذجي من عدة مكونات رئيسية لتحقيق قياس المسافة كما هو موضح:
· جهاز الإرسال (TX):ويشمل ذلك مصدر ضوء الليزر ، وخاصة أvcsel، دائرة السائق ASIC لقيادة الليزر ، والمكونات البصرية للتحكم في الحزمة مثل العدسات الموازنة أو العناصر البصرية الانتعاش ، والمرشحات.
· جهاز الاستقبال (RX):يتكون هذا من العدسات والمرشحات في الطرف المتلقي ، وأجهزة استشعار مثل CIs أو SPAD أو SIPM اعتمادًا على نظام TOF ، ومعالج إشارة الصورة (ISP) لمعالجة كميات كبيرة من البيانات من شريحة المتلقي.
·إدارة الطاقة:إدارة مستقريعد التحكم الحالي لـ VCSELS والجهد العالي لـ SPADS أمرًا بالغ الأهمية ، مما يتطلب إدارة طاقة قوية.
· طبقة البرمجيات:ويشمل ذلك البرامج الثابتة و SDK و OS وطبقة التطبيق.
يوضح الهندسة المعمارية كيف أن شعاع الليزر ، الذي ينشأ من VCSEL وتعديله بواسطة المكونات البصرية ، يسافر عبر الفضاء ، يعكس كائنًا ، ويعود إلى المتلقي. يكشف حساب الفاصل الزمني في هذه العملية عن المسافة أو معلومات العمق. ومع ذلك ، لا تغطي هذه البنية مسارات الضوضاء ، مثل الضوضاء الناجمة عن أشعة الشمس أو ضوضاء متعددة المسارات من الانعكاسات ، والتي تمت مناقشتها لاحقًا في السلسلة.
تصنيف أنظمة TOF
يتم تصنيف أنظمة TOF في المقام الأول من خلال تقنيات قياس المسافة الخاصة بها: TOF Direct (DTOF) و TOF غير المباشر (ITOF) ، ولكل منهما مع طرق متميزة من الأجهزة والخوارزمية. تحدد السلسلة في البداية مبادئها قبل الخوض في تحليل مقارن لمزاياه وتحدياتهم ومعلمات النظام.
على الرغم من مبدأ TOF البسيط على ما يبدو - ينبعث من نبض الضوء واكتشاف عودته لحساب المسافة - يكمن التعقيد في التمييز بين الضوء العائد من الضوء المحيط. يتم تناول هذا عن طريق انبعاث ضوء ساطع بما فيه الكفاية لتحقيق نسبة عالية من الإشارة إلى الضوضاء واختيار الأطوال الموجية المناسبة لتقليل تداخل الضوء البيئي. هناك طريقة أخرى تتمثل في تشفير الضوء المنبعث لجعله يمكن تمييزه عند العودة ، على غرار إشارات SOS مع مصباح يدوي.
تستمر السلسلة في مقارنة DTOF و ITOF ، ومناقشة اختلافاتها ومزاياها وتحدياتها بالتفصيل ، وتصنيف أنظمة TOF بناءً على تعقيد المعلومات التي يقدمونها ، والتي تتراوح من 1D TOF إلى TOF ثلاثي الأبعاد.
DTOF
TOF المباشر يقيس مباشرة وقت رحلة الفوتون. مكونها الرئيسي ، وهو الصمام الثنائي الفوتون المنفرد (SPAD) ، حساس بما يكفي لاكتشاف فوتونات مفردة. توظف DTOF عد الفوتون الفردي المرتبط بالوقت (TCSPC) لقياس وقت الوافدين من الفوتون ، وبناء رسم بياني لاستنتاج المسافة الأكثر ترجيحًا بناءً على أعلى تردد لفرق زمني معين.
itof
يقوم TOF غير المباشر بحساب وقت الرحلة بناءً على اختلاف الطور بين الأشكال الموجية المنبعثة والمستلمة ، وعادة ما باستخدام إشارات تعديل الموجة أو النبض المستمر. يمكن لـ ITOF استخدام بنيات مستشعر الصور القياسية ، وقياس شدة الضوء بمرور الوقت.
ينقسم ITOF إلى تعديل الموجة المستمر (CW-ITOF) وتعديل النبض (النبض-ITOF). يقيس CW-ITOF تحول الطور بين الموجات الجيبية المنبعثة والمستلمة ، بينما يحسب النبضي Itof تحول الطور باستخدام إشارات الموجة المربعة.
القراءة المستقبلية:
- ويكيبيديا. (اختصار الثاني). وقت الرحلة. تم الاسترجاع منhttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
- مجموعة Sony Semiconductor Solutions. (اختصار الثاني). tof (وقت الرحلة) | التكنولوجيا المشتركة لأجهزة استشعار الصور. تم الاسترجاع منhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- Microsoft. (2021 ، 4 فبراير). مقدمة إلى Microsoft Time of Flight (TOF) - منصة عمق Azure. تم الاسترجاع منhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft time-of-flight-tof
- escatec. (2023 ، 2 مارس). مستشعرات وقت الرحلة (TOF): نظرة عامة متعمقة وتطبيقات. تم الاسترجاع منhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-in-depth-overview-and-applications
من صفحة الويبhttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/
من قبل المؤلف: تشاو قوانغ
تنصل:
نعلن بموجب هذا أن بعض الصور المعروضة على موقعنا يتم جمعها من الإنترنت و Wikipedia ، بهدف تعزيز التعليم ومشاركة المعلومات. نحن نحترم حقوق الملكية الفكرية لجميع المبدعين. استخدام هذه الصور غير مخصص لتحقيق مكاسب تجارية.
إذا كنت تعتقد أن أيًا من المحتوى المستخدم ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيرجى الاتصال بنا. نحن أكثر من راغب في اتخاذ التدابير المناسبة ، بما في ذلك إزالة الصور أو توفير الإسناد المناسب ، لضمان الامتثال لقوانين ولوائح الملكية الفكرية. هدفنا هو الحفاظ على منصة غنية بالمحتوى العادل ، وتحترم حقوق الملكية الفكرية للآخرين.
يرجى الاتصال بنا على عنوان البريد الإلكتروني التالي:sales@lumispot.cn. نلتزم باتخاذ إجراءات فورية عند تلقي أي إشعار وضمان التعاون بنسبة 100 ٪ في حل أي من هذه القضايا.
وقت النشر: ديسمبر -2023