Mis on TOF-kaamera ja kuidas see töötab?

TOF 3DCamera

TOF 3D-kaamera on ehitatud kõige kaasaegsema kolmemõõtmelise pildistamistehnoloogia abil. TOF (Time of Flight ehk lennuaeg) sügavuskaamera on uue põlvkonna kauguse tuvastamise ja 3D-pilditehnoloogia toode. See saadab pidevalt sihtmärgile valgusimpulsse ja seejärel kasutab andurit objektilt tagasi peegelduva valguse vastuvõtmiseks ning sihtmärgi kauguse määramiseks valgusimpulsi lennuaja (edasi-tagasi sõidu aja) abil.

TOF-kaamerad kasutavad kauguse mõõtmisel tavaliselt lennuaja meetodit, st ultrahelilainete jms kasutamisel tuleb meeles pidada mõõtmist, et saaksite kaugusest paremini aru. Seda kauguse mõõtmist saab teha valguskiirte abil, seega on tegelikkuses eelised siiski väga ilmsed. Selle kaamera kasutamisel saab suurust mõõta pildistamise teel, mis on väga mugav. Ja see kasutusviis on valguse peegeldumise kaudu, kauguse saab teada tagasipöördumisaja arvutamise abil ja anduri abil saab saada adekvaatsema taju. Sellise kaamera kasutamise eelis on väga ilmne. Lisaks suuremale pikslite arvule muudab selle anduri lisamine ka suuruskaardilt realistlikumaks ja liikuvate osade vajaduse puudumisele saab paremaid tulemusi saavutada ainult mõõtmise teel. See on praktilistes rakendustes, olgu see siis positsioneerimine või mõõtmine, väga kasulik. Kui teil on selline kaamera, saate olla tegelikus töös rohkemate masinate ja seadmete pilguks ning tõeliselt automaatse töö lõpule viia.

TOF-kaamerad suudavad automaatselt takistusi vältida. Tänu sensorivõimele saab automatiseerimist tõhusalt rakendada ning selle kaamera eelised on ilmsed. See mitte ainult ei suuda õigeaegselt teada saada mahtu ja teavet, vaid aitab ka lasti käitlemisel. Automatiseerimise täiustamine on tõhusam, kiirendab efektiivsuse paranemist ning annab suuri eeliseid kauguse mõõtmisel ja pildi esitamisel. Selle kaamera põhiolemus on see. See annab paremaid tulemusi ja impulsspäästiku abil saab detailselt sihtmärki tuvastada, seda jälgida ja ka kolmemõõtmelist modelleerimist teostada, mida võib pidada väga täpseks.

KuidasTOFKaamerad töötavad

TOF-kaamerad kasutavad aktiivset valguse tuvastamist ja sisaldavad tavaliselt järgmisi osi:

1. Kiiritusüksus

Kiiritusseade peab enne valgusallika kiirgamist seda impulssmoduleerima ning moduleeritud valgusimpulsi sagedus võib ulatuda kuni 100 MHz-ni. Selle tulemusena lülitatakse valgusallikas pildistamise ajal tuhandeid kordi sisse ja välja. Iga valgusimpulss kestab vaid paar nanosekundit. Kaamera säriaja parameeter määrab impulsside arvu pildi kohta.

Täpsete mõõtmiste saavutamiseks tuleb valgusimpulsse täpselt reguleerida, et nende kestus, tõusuaeg ja langusaeg oleksid täpselt samad. Sest isegi väikesed, vaid ühe nanosekundi suurused kõrvalekalded võivad põhjustada kuni 15 cm suuruseid kauguse mõõtmise vigu.

Selliseid kõrgeid modulatsioonisagedusi ja täpsust saab saavutada ainult keerukate LED-ide või laserdioodidega.

Üldiselt on kiiritusvalgusallikas inimsilmale nähtamatu infrapunavalgusallikas.

2. Optiline lääts

Seda kasutatakse peegeldunud valguse kogumiseks ja pildi moodustamiseks optilisel sensoril. Erinevalt tavalistest optilistest läätsedest tuleb siia lisada ribapääsfilter, et tagada ainult valgusallikaga sama lainepikkusega valguse sisenemine. Selle eesmärk on summutada mittekoherentsed valgusallikad, et vähendada müra, vältides samal ajal valgustundliku sensori ülesäritamist välise valguse interferentsi tõttu.

3. Kujutiseandur

TOF-kaamera tuum. Anduri struktuur sarnaneb tavalise pildianduri omaga, kuid on keerulisem kui pildianduril. See sisaldab kahte või enamat katikut peegelduva valguse erinevatel aegadel proovide võtmiseks. Seetõttu on TOF-kiibi piksli suurus palju suurem kui üldise pildianduri piksli suurus, tavaliselt umbes 100 μm.

4. Juhtseade

Kaamera elektroonilise juhtseadme poolt käivitatavate valgusimpulsside jada on täpselt sünkroniseeritud kiibi elektroonilise katiku avanemise/sulgemisega. See loeb ja teisendab anduri laenguid ning suunab need analüüsiseadmesse ja andmeliidesesse.

5. Arvutusüksus

Arvutusüksus suudab salvestada täpseid sügavuskaarte. Sügavuskaart on tavaliselt halltoonides pilt, kus iga väärtus tähistab valgust peegeldava pinna ja kaamera vahelist kaugust. Paremate tulemuste saamiseks tehakse tavaliselt andmete kalibreerimine.

Kuidas TOF mõõdab vahemaad?

Valgustusallikat moduleeritakse üldiselt ruudukujuliste laineimpulssidega, kuna seda on digitaalahelatega suhteliselt lihtne rakendada. Sügavuskaamera iga piksel koosneb valgustundlikust seadmest (näiteks fotodioodist), mis suudab langeva valguse elektrivooluks muuta. Valgustundlik seade on ühendatud mitme kõrgsageduslülitiga (alloleval joonisel G1, G2), et juhtida voolu erinevatesse kondensaatoritesse, mis saavad laenguid salvestada (alloleval joonisel S1, S2).

Kaameral olev juhtseade lülitab valgusallika sisse ja välja, saates välja valgusimpulsi. Samal hetkel avab ja sulgeb juhtseade kiibil oleva elektroonilise katiku. Laeng S₀Sel viisil valgusimpulsi poolt tekitatud valgus salvestatakse valgustundlikule elemendile.

Seejärel lülitab juhtseade valgusallika teist korda sisse ja välja. Seekord avaneb katik hiljem, ajal, mil valgusallikas välja lülitatakse. Laeng S₁nüüd genereeritud salvestatakse ka valgustundlikule elemendile.

Kuna ühe valgusimpulsi kestus on nii lühike, korratakse seda protsessi tuhandeid kordi, kuni säriaeg on saavutatud. Seejärel loetakse valgussensori väärtused ja tegeliku kauguse saab nende väärtuste põhjal arvutada.

Pane tähele, et valguse kiirus on c, t_pon valgusimpulsi kestus, S₀tähistab varasema katiku poolt kogutud laengut ja S₁tähistab viivitatud katiku poolt kogutud laengut, siis saab kauguse d arvutada järgmise valemi abil:

Väikseim mõõdetav kaugus on siis, kui kogu laeng koguneb S0-sse varasema katikuperioodi jooksul ja S1-sse ei kogune laengut viivitatud katikuperioodi jooksul, st S1 = 0. Valemisse asendades saame minimaalse mõõdetava kauguse d=0.

Suurim mõõdetav kaugus on see, mille puhul kogu laeng koguneb S1-sse ja S0-sse ei kogune üldse laengut. Seejärel annab valem tulemuseks d = 0,5 x c × tp. Maksimaalse mõõdetava kauguse määrab seega valgusimpulsi laius. Näiteks tp = 50 ns, asendades ülaltoodud valemisse maksimaalse mõõtekauguse d = 7,5 m.

Riistvara disain ja toote omadused

Võtke kasutusele maailma kõige kaasaegsem TOF-riistvaralahendus; I klassi ohutu laser, kõrge piksliresolutsiooniga, tööstusklassi kaamera, väikese suurusega, mida saab kasutada sise- ja välistingimustes pikamaa sügavusteabe kogumiseks.

Pilditöötlusalgoritm

Kasutades maailma juhtivat pilditöötlus- ja analüüsialgoritmi, on sellel tugev töötlemisvõime, see võtab vähem protsessori ressursse, on kõrge täpsusega ja hea ühilduvusega.

Rakendused

Digitaalseid tööstuskaameraid kasutatakse peamiselt tehaseautomaatikas, AGV navigatsioonis, ruumimõõtmises, intelligentse liikluse ja transpordi (ITS) valdkonnas ning meditsiini- ja bioteadustes. Meie pindala-, joon- ja võrgukaameraid kasutatakse laialdaselt objektide asukoha ja orientatsiooni mõõtmisel, patsientide aktiivsuse ja seisundi jälgimisel, näotuvastuses, liikluse jälgimisel, elektroonika ja pooljuhtide kontrollimisel, inimeste loendamises ja järjekordade mõõtmisel ning muudes valdkondades.

www.hampotech.com

fairy@hampotech.com