Τι είναι η κάμερα TOF; Και πώς λειτουργεί;

TOF 3DCαμερα

Η κάμερα 3D TOF είναι κατασκευασμένη με την πιο προηγμένη τεχνολογία τρισδιάστατης απεικόνισης. Η κάμερα βάθους TOF (Χρόνος Πτήσης) είναι μια νέα γενιά προϊόντων τεχνολογίας ανίχνευσης απόστασης και τρισδιάστατης απεικόνισης. Στέλνει συνεχώς παλμούς φωτός στον στόχο και στη συνέχεια χρησιμοποιεί τον αισθητήρα για να λαμβάνει το φως που επιστρέφει από το αντικείμενο και λαμβάνει την απόσταση του αντικειμένου-στόχου ανιχνεύοντας τον χρόνο πτήσης (μετ' επιστροφής) του παλμού φωτός.

Οι κάμερες TOF χρησιμοποιούν συνήθως τη μέθοδο χρόνου πτήσης στη μέτρηση απόστασης, δηλαδή, όταν χρησιμοποιούνται υπερηχητικά κύματα κ.λπ., θυμηθείτε να μετρήσετε και μπορείτε να κατανοήσετε περαιτέρω την απόσταση. Αυτή η μέτρηση απόστασης μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω δέσμης φωτός, επομένως τα πλεονεκτήματα στην πραγματική χρήση εξακολουθούν να είναι πολύ προφανή. , όταν χρησιμοποιείται αυτή η κάμερα, το μέγεθος μπορεί να μετρηθεί με απεικόνιση, κάτι που είναι πολύ βολικό. Και αυτός ο τρόπος χρήσης είναι μέσω της αντανάκλασης του φωτός, η απόσταση μπορεί να γίνει γνωστή υπολογίζοντας τον χρόνο επιστροφής και μπορεί να επιτευχθεί μια πιο επαρκής αντίληψη μέσω του αισθητήρα. Το πλεονέκτημα της χρήσης αυτού του είδους κάμερας είναι πολύ προφανές. Όχι μόνο τα pixel είναι υψηλότερα, αλλά και η προσθήκη αυτού του αισθητήρα μπορεί να κάνει την λήψη στον χάρτη μεγέθους πιο ρεαλιστική, και δεν υπάρχει ανάγκη για κινούμενα μέρη, και καλύτερα αποτελέσματα μπορούν να επιτευχθούν μόνο με μέτρηση. Είναι πολύ πλεονεκτικό σε πρακτικές εφαρμογές, είτε πρόκειται για τοποθέτηση είτε για μέτρηση, αρκεί να έχετε αυτό το είδος κάμερας, μπορείτε να γίνετε τα μάτια περισσότερων μηχανημάτων και εξοπλισμού σε πραγματική λειτουργία και να ολοκληρώσετε πραγματικά την αυτόματη λειτουργία.

Οι κάμερες TOF μπορούν να αποφύγουν αυτόματα τα εμπόδια κατά τη χρήση. Μέσω της απόδοσης ανίχνευσης, η χρήση αυτοματισμού μπορεί να υλοποιηθεί αποτελεσματικά και τα πλεονεκτήματα της χρήσης αυτής της κάμερας είναι πολύ προφανή. Δεν μπορεί μόνο να γνωρίζει τον όγκο και τις πληροφορίες έγκαιρα, αλλά και στη διαχείριση φορτίου. Η βελτίωση του αυτοματισμού είναι πιο αποτελεσματική, μπορεί να επιταχύνει τη βελτίωση της απόδοσης και μπορεί να επιτύχει μεγάλα πλεονεκτήματα στη μέτρηση απόστασης και την παρουσίαση εικόνας. Ο πυρήνας αυτής της κάμερας μπορεί. Παρουσιάζει καλύτερα αποτελέσματα και μέσω της ενεργοποίησης παλμών, μπορείτε να γνωρίζετε τον λεπτομερή στόχο, όχι μόνο να παρακολουθείτε, αλλά και να εκτελείτε τρισδιάστατη μοντελοποίηση στην εικόνα, η οποία μπορεί να θεωρηθεί πολύ ακριβής.

ΠωςTOFΟι κάμερες λειτουργούν

Οι κάμερες TOF χρησιμοποιούν ενεργή ανίχνευση φωτός και συνήθως περιλαμβάνουν τα ακόλουθα μέρη:

1. Μονάδα ακτινοβολίας

Η μονάδα ακτινοβολίας πρέπει να διαμορφώνει παλμικά την πηγή φωτός πριν από την εκπομπή και η διαμορφωμένη συχνότητα παλμού φωτός μπορεί να φτάσει τα 100MHz. Ως αποτέλεσμα, η πηγή φωτός ενεργοποιείται και απενεργοποιείται χιλιάδες φορές κατά τη λήψη εικόνας. Κάθε παλμός φωτός έχει διάρκεια μόνο λίγα νανοδευτερόλεπτα. Η παράμετρος χρόνου έκθεσης της κάμερας καθορίζει τον αριθμό των παλμών ανά εικόνα.

Για να επιτευχθούν ακριβείς μετρήσεις, οι παλμοί φωτός πρέπει να ελέγχονται με ακρίβεια ώστε να έχουν ακριβώς την ίδια διάρκεια, χρόνο ανόδου και χρόνο καθόδου. Επειδή ακόμη και μικρές αποκλίσεις μόλις ενός νανοδευτερολέπτου μπορούν να προκαλέσουν σφάλματα μέτρησης απόστασης έως και 15 cm.

Τέτοιες υψηλές συχνότητες διαμόρφωσης και ακρίβεια μπορούν να επιτευχθούν μόνο με εξελιγμένα LED ή διόδους λέιζερ.

Γενικά, η πηγή ακτινοβολίας είναι μια πηγή υπέρυθρου φωτός αόρατη στο ανθρώπινο μάτι.

2. Οπτικός φακός

Χρησιμοποιείται για τη συλλογή ανακλώμενου φωτός και τη δημιουργία μιας εικόνας σε έναν οπτικό αισθητήρα. Ωστόσο, σε αντίθεση με τους συνηθισμένους οπτικούς φακούς, πρέπει να προστεθεί εδώ ένα φίλτρο διέλευσης ζώνης για να διασφαλιστεί ότι μπορεί να εισέλθει μόνο φως με το ίδιο μήκος κύματος με την πηγή φωτισμού. Σκοπός αυτού είναι η καταστολή των ασύμφωνων πηγών φωτός για τη μείωση του θορύβου, αποτρέποντας παράλληλα την υπερέκθεση του φωτοευαίσθητου αισθητήρα λόγω εξωτερικής παρεμβολής φωτός.

3. Αισθητήρας απεικόνισης

Ο πυρήνας της κάμερας TOF. Η δομή του αισθητήρα είναι παρόμοια με αυτή ενός συνηθισμένου αισθητήρα εικόνας, αλλά είναι πιο περίπλοκη από έναν αισθητήρα εικόνας. Περιέχει 2 ή περισσότερα κλείστρα για τη δειγματοληψία του ανακλώμενου φωτός σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Επομένως, το pixel του τσιπ TOF είναι πολύ μεγαλύτερο από το γενικό μέγεθος pixel του αισθητήρα εικόνας, γενικά περίπου 100 μm.

4. Μονάδα ελέγχου

Η ακολουθία των φωτεινών παλμών που ενεργοποιούνται από την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου της κάμερας συγχρονίζεται με ακρίβεια με το άνοιγμα/κλείσιμο του ηλεκτρονικού κλείστρου του τσιπ. Εκτελεί ανάγνωση και μετατροπή των φορτίων του αισθητήρα και τα κατευθύνει στη μονάδα ανάλυσης και στη διεπαφή δεδομένων.

5. Μονάδα υπολογιστών

Η υπολογιστική μονάδα μπορεί να καταγράψει ακριβείς χάρτες βάθους. Ένας χάρτης βάθους είναι συνήθως μια εικόνα σε κλίμακα του γκρι, όπου κάθε τιμή αντιπροσωπεύει την απόσταση μεταξύ της επιφάνειας που ανακλά το φως και της κάμερας. Για να επιτευχθούν καλύτερα αποτελέσματα, συνήθως πραγματοποιείται βαθμονόμηση δεδομένων.

Πώς μετρά η TOF την απόσταση;

Η πηγή φωτός φωτισμού γενικά διαμορφώνεται από παλμούς τετραγωνικού κύματος, επειδή είναι σχετικά εύκολο να εφαρμοστεί με ψηφιακά κυκλώματα. Κάθε εικονοστοιχείο της κάμερας βάθους αποτελείται από μια φωτοευαίσθητη μονάδα (όπως μια φωτοδίοδο), η οποία μπορεί να μετατρέψει το προσπίπτον φως σε ηλεκτρικό ρεύμα. Η φωτοευαίσθητη μονάδα συνδέεται με πολλαπλούς διακόπτες υψηλής συχνότητας (G1, G2 στο παρακάτω σχήμα) για να κατευθύνει το ρεύμα σε διαφορετικούς πυκνωτές που μπορούν να αποθηκεύσουν φορτία (S1, S2 στο παρακάτω σχήμα).

Μια μονάδα ελέγχου στην κάμερα ενεργοποιεί και απενεργοποιεί την πηγή φωτός, στέλνοντας έναν παλμό φωτός. Την ίδια στιγμή, η μονάδα ελέγχου ανοίγει και κλείνει το ηλεκτρονικό κλείστρο στο τσιπ. Το φορτίο S₀που παράγεται με αυτόν τον τρόπο από τον παλμό φωτός αποθηκεύεται στο φωτοευαίσθητο στοιχείο.

Στη συνέχεια, η μονάδα ελέγχου ενεργοποιεί και απενεργοποιεί την πηγή φωτός για δεύτερη φορά. Αυτή τη φορά το κλείστρο ανοίγει αργότερα, τη στιγμή που η πηγή φωτός είναι απενεργοποιημένη. Η φόρτιση S₁Το στοιχείο που δημιουργείται τώρα αποθηκεύεται επίσης στο φωτοευαίσθητο στοιχείο.

Επειδή η διάρκεια ενός μεμονωμένου παλμού φωτός είναι τόσο σύντομη, αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται χιλιάδες φορές μέχρι να επιτευχθεί ο χρόνος έκθεσης. Στη συνέχεια, διαβάζονται οι τιμές στον αισθητήρα φωτός και η πραγματική απόσταση μπορεί να υπολογιστεί από αυτές τις τιμές.

Σημειώστε ότι η ταχύτητα του φωτός είναι c, t_pείναι η διάρκεια του φωτεινού παλμού, S₀αντιπροσωπεύει το φορτίο που συλλέχθηκε από το προηγούμενο κλείστρο, και το S₁αντιπροσωπεύει το φορτίο που συλλέγεται από το καθυστερημένο κλείστρο, τότε η απόσταση d μπορεί να υπολογιστεί με τον ακόλουθο τύπο:

Η μικρότερη μετρήσιμη απόσταση είναι όταν όλο το φορτίο συλλέγεται στο S0 κατά την προηγούμενη περίοδο κλείστρου και δεν συλλέγεται φορτίο στο S1 κατά την καθυστερημένη περίοδο κλείστρου, δηλαδή S1 = 0. Η αντικατάσταση στον τύπο θα δώσει την ελάχιστη μετρήσιμη απόσταση d=0.

Η μεγαλύτερη μετρήσιμη απόσταση είναι η απόσταση όπου όλο το φορτίο συλλέγεται στο S1 και δεν συλλέγεται καθόλου φορτίο στο S0. Ο τύπος τότε αποδίδει d = 0,5 xc × tp. Η μέγιστη μετρήσιμη απόσταση καθορίζεται επομένως από το πλάτος του παλμού φωτός. Για παράδειγμα, tp = 50 ns, αντικαθιστώντας στον παραπάνω τύπο τη μέγιστη απόσταση μέτρησης d = 7,5m.

Σχεδιασμός υλικού και χαρακτηριστικά προϊόντος

Υιοθετήστε την πιο προηγμένη λύση υλικού TOF στον κόσμο. Ασφαλές λέιζερ κατηγορίας Ι, υψηλή ανάλυση pixel, κάμερα βιομηχανικής ποιότητας, μικρό μέγεθος, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για συλλογή πληροφοριών βάθους σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους σε μεγάλες αποστάσεις.

Αλγόριθμος επεξεργασίας εικόνας

Χρησιμοποιώντας τον κορυφαίο αλγόριθμο επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνας στον κόσμο, έχει ισχυρή ικανότητα επεξεργασίας, καταλαμβάνει λιγότερους πόρους CPU, έχει υψηλή ακρίβεια και καλή συμβατότητα.

Εφαρμογές

Ψηφιακές βιομηχανικές κάμερες που χρησιμοποιούνται κυρίως στον αυτοματισμό εργοστασίων, την πλοήγηση AGV, τη μέτρηση χώρου, την ευφυή κυκλοφορία και μεταφορά (ITS) και τις ιατρικές και βιοεπιστήμες. Οι κάμερες σάρωσης περιοχής, σάρωσης γραμμής και δικτύου που διαθέτουμε χρησιμοποιούνται ευρέως στη μέτρηση θέσης και προσανατολισμού αντικειμένων, στην παρακολούθηση δραστηριότητας και κατάστασης ασθενών, στην αναγνώριση προσώπου, στην παρακολούθηση κυκλοφορίας, στην ηλεκτρονική και ημιαγωγική επιθεώρηση, στην καταμέτρηση ατόμων και στη μέτρηση ουρών αναμονής και σε άλλους τομείς.

www.hampotech.com

fairy@hampotech.com