Kas yra TOF kamera? Ir kaip ji veikia?

TOF 3DCamera

TOF 3D kamera sukurta naudojant pažangiausią trimačio vaizdo technologiją. TOF (skrydžio laiko) gylio kamera yra naujos kartos atstumo aptikimo ir 3D vaizdo gavimo technologijos produktas. Ji nuolat siunčia šviesos impulsus į taikinį, o tada, naudodama jutiklį, priima iš objekto grįžtančią šviesą ir nustato taikinio atstumą, aptikdama šviesos impulso skrydžio (pirmyn ir atgal) laiką.

TOF kameros atstumui matuoti paprastai naudoja skrydžio laiko metodą, t. y. naudojant ultragarso bangas ir pan., nepamirškite išmatuoti, ir taip galėsite geriau suprasti atstumą. Šis atstumo matavimas gali būti atliekamas šviesos spinduliais, todėl praktiniai privalumai vis dar akivaizdūs. Naudojant šią kamerą, dydį galima išmatuoti vaizduojant, o tai labai patogu. Šis naudojimo būdas yra šviesos atspindys, atstumą galima nustatyti apskaičiuojant grįžimo laiką, o jutiklio pagalba galima gauti tinkamesnį suvokimą. Šio tipo kameros naudojimo pranašumas yra akivaizdus. Ne tik didesnis pikselių skaičius, bet ir šio jutiklio pridėjimas gali padaryti dydžio žemėlapio gavimą realesnį, nereikia judančių dalių, o geresnius rezultatus galima gauti tik matuojant. Tai labai naudinga praktiniame pritaikyme, nesvarbu, ar tai būtų padėties nustatymas, ar matavimas, jei turite tokio tipo kamerą, galite tapti daugiau realiai veikiančių mašinų ir įrangos akimis ir iš tikrųjų užbaigti automatinį veikimą.

TOF kameros gali automatiškai išvengti kliūčių naudojimo metu. Dėl jutimo našumo galima efektyviai panaudoti automatizavimą, o šios kameros naudojimo privalumai yra labai akivaizdūs. Ji gali ne tik laiku žinoti tūrį ir informaciją, bet ir tvarkyti krovinius. Automatizavimo patobulinimas yra efektyvesnis, gali paspartinti efektyvumo gerinimą ir suteikti didelių pranašumų matuojant atstumą ir pateikiant vaizdus. Šios kameros esmė yra ta, kad ji pateikia geresnius rezultatus, o impulsinio suveikimo dėka galima sužinoti detalų taikinį, ne tik sekti, bet ir atlikti trimatį vaizdo modeliavimą, kuris yra labai tikslus.

KaipTOFKameros veikia

TOF kameros naudoja aktyvų šviesos aptikimą ir paprastai apima šias dalis:

1. Švitinimo įrenginys

Prieš spinduliuodamas, švitinimo įrenginys turi impulsiškai moduliuoti šviesos šaltinį, o moduliuotų šviesos impulsų dažnis gali siekti net 100 MHz. Dėl to vaizdo fiksavimo metu šviesos šaltinis įjungiamas ir išjungiamas tūkstančius kartų. Kiekvienas šviesos impulsas trunka tik kelias nanosekundes. Kameros ekspozicijos laiko parametras lemia impulsų skaičių viename vaizde.

Norint atlikti tikslius matavimus, šviesos impulsai turi būti tiksliai kontroliuojami, kad jų trukmė, kilimo ir kritimo laikas būtų visiškai vienodi. Net ir maži, vos vienos nanosekundės, nuokrypiai gali sukelti iki 15 cm atstumo matavimo paklaidas.

Tokį aukštą moduliacijos dažnį ir tikslumą galima pasiekti tik naudojant sudėtingus šviesos diodus arba lazerinius diodus.

Paprastai spinduliavimo šviesos šaltinis yra infraraudonųjų spindulių šviesos šaltinis, nematomas žmogaus akiai.

2. Optinis lęšis

Jis naudojamas atspindėtai šviesai surinkti ir vaizdui optiniame jutiklyje suformuoti. Tačiau, skirtingai nei įprastų optinių lęšių atveju, čia reikia pridėti juostinį filtrą, kad būtų užtikrinta, jog patektų tik tokio pat bangos ilgio kaip ir apšvietimo šaltinio šviesa. Šio filtro tikslas – slopinti nekoherentus šviesos šaltinius, kad sumažėtų triukšmas ir būtų išvengta jautraus šviesai jutiklio pereksponavimo dėl išorinių šviesos trukdžių.

3. Vaizdavimo jutiklis

TOF kameros branduolys. Jutiklio struktūra panaši į įprasto vaizdo jutiklio, tačiau ji sudėtingesnė nei vaizdo jutiklis. Jame yra 2 ar daugiau sklendžių, skirtų skirtingu metu imti atspindėtą šviesą. Todėl TOF mikroschemos pikselis yra daug didesnis nei bendras vaizdo jutiklio pikselio dydis, paprastai apie 100 µm.

4. Valdymo blokas

Kameros elektroninio valdymo bloko sužadinamų šviesos impulsų seka yra tiksliai sinchronizuota su lusto elektroninio užrakto atidarymu / uždarymu. Jis atlieka jutiklio krūvių nuskaitymą ir konvertavimą bei nukreipia juos į analizės bloką ir duomenų sąsają.

5. Skaičiavimo blokas

Skaičiavimo blokas gali įrašyti tikslius gylio žemėlapius. Gylio žemėlapis paprastai yra pilkos spalvos vaizdas, kuriame kiekviena reikšmė rodo atstumą tarp šviesą atspindinčio paviršiaus ir kameros. Norint gauti geresnius rezultatus, paprastai atliekamas duomenų kalibravimas.

Kaip TOF matuoja atstumą?

Apšvietimo šviesos šaltinis paprastai moduliuojamas stačiakampėmis bangomis, nes tai gana lengva įgyvendinti naudojant skaitmenines grandines. Kiekvieną gylio kameros pikselį sudaro jautrus šviesai įrenginys (pvz., fotodiodas), kuris gali paversti krintančią šviesą elektros srove. Šviesai jautrus įrenginys yra sujungtas su keliais aukšto dažnio jungikliais (G1, G2 paveikslėlyje žemiau), kad nukreiptų srovę į skirtingus kondensatorius, kurie gali kaupti krūvius (S1, S2 paveikslėlyje žemiau).

Kameros valdymo blokas įjungia ir išjungia šviesos šaltinį, siųsdamas šviesos impulsą. Tuo pačiu metu valdymo blokas atidaro ir uždaro elektroninį užraktą ant lusto. Įkrova S₀Tokiu būdu šviesos impulso generuojamas šviesa saugoma šviesai jautriame elemente.

Tada valdymo blokas antrą kartą įjungia ir išjungia šviesos šaltinį. Šį kartą sklendė atsidaro vėliau, tuo metu, kai šviesos šaltinis išsijungia. Įkrova S₁dabar sugeneruotas taip pat saugomas šviesai jautriame elemente.

Kadangi vieno šviesos impulso trukmė yra labai trumpa, šis procesas kartojamas tūkstančius kartų, kol pasiekiamas ekspozicijos laikas. Tada nuskaitomos šviesos jutiklio vertės ir pagal šias vertes galima apskaičiuoti tikrąjį atstumą.

Atkreipkite dėmesį, kad šviesos greitis yra c, t_pyra šviesos impulso trukmė, S₀žymi ankstesnio užrakto surinktą krūvį, o S₁žymi uždelsto užrakto surinktą krūvį, tada atstumą d galima apskaičiuoti pagal šią formulę:

Mažiausias išmatuojamas atstumas yra tada, kai visas krūvis surenkamas S0 ankstesnio užrakto periodo metu, o S1 krūvis nesurenkamas atidėto užrakto periodo metu, t. y. S1 = 0. Įstačius į formulę, bus gautas minimalus išmatuojamas atstumas d = 0.

Didžiausias išmatuojamas atstumas yra tada, kai visas krūvis surenkamas S1, o S0 – visai nesurenkamas. Tada pagal formulę gaunama d = 0,5 x c × tp. Todėl maksimalus išmatuojamas atstumas nustatomas pagal šviesos impulso plotį. Pavyzdžiui, tp = 50 ns, į aukščiau pateiktą formulę įrašius maksimalų matavimo atstumą d = 7,5 m.

Aparatūros dizainas ir gaminio savybės

Pritaikytas pažangiausiam pasaulyje TOF aparatinės įrangos sprendimui; I klasės saugus lazeris, didelės pikselių skiriamosios gebos, pramoninės klasės kamera, mažo dydžio, gali būti naudojama didelių atstumų gylio informacijos rinkimui patalpose ir lauke.

Vaizdų apdorojimo algoritmas

Naudodamas pasaulyje pirmaujantį vaizdų apdorojimo ir analizės algoritmą, jis pasižymi stipriomis apdorojimo galimybėmis, sunaudoja mažiau procesoriaus išteklių, yra labai tikslus ir gerai suderinamas.

Paraiškos

Skaitmeninės pramoninės kameros daugiausia naudojamos gamyklų automatizavime, AGV navigacijoje, erdvės matavime, intelektualiame eisme ir transporte (ITS), medicinos ir gyvybės mokslų srityse. Mūsų ploto skenavimo, linijinio skenavimo ir tinklo kameros plačiai naudojamos objektų padėties ir orientacijos matavimui, pacientų aktyvumo ir būsenos stebėjimui, veido atpažinimui, eismo stebėjimui, elektronikos ir puslaidininkių patikrai, žmonių skaičiavimui ir eilių matavimui bei kitose srityse.

www.hampotech.com

fairy@hampotech.com