Co je to TOF kamera? A jak funguje?

3D časový horizontCAmerika

3D kamera TOF je vyrobena s využitím nejmodernější technologie trojrozměrného zobrazování. Hloubková kamera TOF (Time of Flight) je novou generací produktů pro detekci vzdálenosti a 3D zobrazování. Neustále vysílá světelné impulsy k cíli a poté pomocí senzoru přijímá světlo odražené od objektu a získává vzdálenost k cílovému objektu detekcí doby letu (tam i zpět) světelného impulsu.

TOF kamery obvykle používají při měření vzdálenosti metodu doby letu, tj. při použití ultrazvukových vln atd. nezapomeňte měřit a můžete lépe pochopit vzdálenost. Toto měření vzdálenosti lze provádět pomocí světelných paprsků, takže výhody v reálném použití jsou stále velmi zřejmé. Při použití této kamery lze velikost měřit snímkováním, což je velmi pohodlné. A tento způsob použití spočívá v odrazu světla, vzdálenost lze zjistit výpočtem doby návratu a adekvátnější vnímání lze získat pomocí senzoru. Výhoda použití tohoto typu kamery je velmi zřejmá. Nejenže jsou pixely vyšší, ale přidání tohoto senzoru může také zrealizovat snímání na mapě velikostí a není potřeba žádných pohyblivých částí a lepších výsledků lze dosáhnout pouze měřením. To je velmi výhodné v praktických aplikacích, ať už se jedná o polohování nebo měření, pokud máte tento typ kamery, můžete se stát očima více strojů a zařízení v reálném provozu a skutečně dokončit automatický provoz.

TOF kamery se dokáží automaticky vyhýbat překážkám během používání. Díky snímacímu výkonu lze efektivně realizovat automatizaci a výhody použití této kamery jsou velmi zřejmé. Dokáže nejen včas znát objem a informace, ale také manipulovat s nákladem. Zlepšení automatizace je efektivnější, může urychlit zvýšení efektivity a dosáhnout velkých výhod v měření vzdálenosti a prezentaci obrazu. Jádrem této kamery je, že poskytuje lepší výsledky a díky pulznímu spouštění můžete detailně znát cíl, nejen jej sledovat, ale také provádět trojrozměrné modelování obrazu, což lze považovat za velmi přesné.

JakČasový limitKamery fungují

TOF kamery používají aktivní detekci světla a obvykle obsahují následující součásti:

1. Ozařovací jednotka

Ozařovací jednotka musí před vyzařováním pulzně modulovat světelný zdroj a frekvence modulovaných světelných pulzů může dosahovat až 100 MHz. V důsledku toho se světelný zdroj během snímání obrazu tisíckrát zapíná a vypíná. Každý světelný pulz trvá jen několik nanosekund. Počet pulzů na snímek určuje parametr expoziční doby fotoaparátu.

Pro dosažení přesných měření musí být světelné impulsy přesně řízeny tak, aby měly přesně stejnou délku, dobu náběhu a dobu poklesu. Protože i malé odchylky pouhé jedné nanosekundy mohou způsobit chyby měření vzdálenosti až 15 cm.

Tak vysokých modulačních frekvencí a přesnosti lze dosáhnout pouze pomocí sofistikovaných LED diod nebo laserových diod.

Zdrojem ozařovacího světla je obecně infračervený světelný zdroj, který je pro lidské oko neviditelný.

2. Optická čočka

Používá se k zachycení odraženého světla a vytvoření obrazu na optickém senzoru. Na rozdíl od běžných optických čoček je zde však nutné přidat pásmový filtr, aby se zajistilo, že dovnitř pronikne pouze světlo se stejnou vlnovou délkou jako zdroj osvětlení. Účelem je potlačit nekoherentní zdroje světla a snížit tak šum, a zároveň zabránit přeexponování fotocitlivého senzoru v důsledku rušení vnějším světlem.

3. Zobrazovací senzor

Jádro TOF kamery. Struktura senzoru je podobná struktuře běžného obrazového senzoru, ale je složitější než obrazový senzor. Obsahuje 2 nebo více závěrek pro vzorkování odraženého světla v různých časech. Pixel TOF čipu je proto mnohem větší než pixel běžného obrazového senzoru, obvykle se pohybuje kolem 100 μm.

4. Řídicí jednotka

Sekvence světelných impulsů spouštěných elektronickou řídicí jednotkou fotoaparátu je přesně synchronizována s otevíráním/zavíráním elektronické závěrky čipu. Provádí čtení a převod nábojů ze senzoru a směruje je do analytické jednotky a datového rozhraní.

5. Výpočetní jednotka

Výpočetní jednotka dokáže zaznamenávat přesné mapy hloubky. Mapa hloubky je obvykle obrázek ve stupních šedi, kde každá hodnota představuje vzdálenost mezi povrchem odrážejícím světlo a kamerou. Pro dosažení lepších výsledků se obvykle provádí kalibrace dat.

Jak TOF měří vzdálenost?

Zdroj světla je obecně modulován obdélníkovými pulzy, protože je relativně snadné jej implementovat pomocí digitálních obvodů. Každý pixel hloubkové kamery se skládá z fotocitlivé jednotky (například fotodiody), která dokáže přeměnit dopadající světlo na elektrický proud. Fotocitlivá jednotka je spojena s několika vysokofrekvenčními spínači (G1, G2 na obrázku níže), které vedou proud do různých kondenzátorů, které mohou ukládat náboje (S1, S2 na obrázku níže).

Řídicí jednotka na fotoaparátu zapíná a vypíná zdroj světla a vysílá světelný impuls. Ve stejném okamžiku řídicí jednotka otevírá a zavírá elektronickou závěrku na čipu. Náboj S₀generovaný tímto způsobem světelným impulsem je uložen na fotocitlivém prvku.

Poté řídicí jednotka podruhé zapne a vypne zdroj světla. Tentokrát se závěrka otevře později, v okamžiku, kdy je zdroj světla vypnutý. Náboj S₁nyní generovaný signál je také uložen na fotocitlivém prvku.

Protože doba trvání jednoho světelného pulzu je tak krátká, tento proces se opakuje tisíckrát, dokud není dosaženo expoziční doby. Poté se načtou hodnoty ze světelného senzoru a z těchto hodnot lze vypočítat skutečnou vzdálenost.

Všimněte si, že rychlost světla je c, t_pje doba trvání světelného impulsu, S₀představuje náboj shromážděný dřívější závěrkou a S₁představuje náboj shromážděný zpožděnou závěrkou, pak lze vzdálenost d vypočítat pomocí následujícího vzorce:

Nejmenší měřitelná vzdálenost je, když je veškerý náboj shromážděn v S0 během dřívější doby závěrky a žádný náboj není shromážděn v S1 během doby zpožděné závěrky, tj. S1 = 0. Dosazením do vzorce získáme minimální měřitelnou vzdálenost d=0.

Největší měřitelná vzdálenost je tam, kde je veškerý náboj shromážděn v S1 a žádný náboj není shromážděn v S0. Vzorec pak dává d = 0,5 xc × tp. Maximální měřitelná vzdálenost je tedy určena šířkou světelného impulsu. Například tp = 50 ns, dosazením do výše uvedeného vzorce dostaneme maximální měřenou vzdálenost d = 7,5 m.

Návrh hardwaru a vlastnosti produktu

Využívá nejpokročilejší hardwarové řešení TOF na světě; bezpečný laser třídy I, vysoké rozlišení pixelů, kamera průmyslové třídy, malá velikost, lze použít pro sběr informací o hloubce na velké vzdálenosti v interiéru i exteriéru.

Algoritmus zpracování obrazu

Díky přednímu světovému algoritmu pro zpracování a analýzu obrazu má silný výpočetní výkon, spotřebovává méně zdrojů CPU, má vysokou přesnost a dobrou kompatibilitu.

Aplikace

Digitální průmyslové kamery se používají hlavně v automatizaci výroby, navigaci AGV, měření prostoru, inteligentní dopravě a přepravě (ITS) a lékařských a biologických vědách. Naše kamery s plošným skenováním, řádkovým skenováním a síťové kamery se široce používají k měření polohy a orientace objektů, monitorování aktivity a stavu pacientů, rozpoznávání obličejů, monitorování dopravy, kontrole elektroniky a polovodičů, počítání osob a měření front a dalších oblastech.

www.hampotech.com

fairy@hampotech.com