Wat is een TOF-camera? En hoe werkt hij?

TOF 3DCamera

De TOF 3D-camera is gebouwd met de meest geavanceerde driedimensionale beeldvormingstechnologie. De TOF (Time of Flight) dieptecamera is een nieuwe generatie producten voor afstandsmeting en 3D-beeldvorming. De camera zendt continu lichtpulsen naar het object en gebruikt vervolgens een sensor om het teruggekaatste licht te ontvangen. Door de vluchttijd (heen en terug) van de lichtpuls te meten, wordt de afstand tot het object bepaald.

TOF-camera's gebruiken doorgaans de time-of-flight-methode voor afstandsmeting. Dit houdt in dat, bij gebruik van ultrasone golven, enz., de afstand wordt gemeten en nauwkeuriger kan worden bepaald. Deze afstandsmeting kan worden uitgevoerd met behulp van lichtstralen, waardoor de voordelen in de praktijk zeer duidelijk zijn. Wanneer deze camera wordt gebruikt, kan de grootte worden gemeten door middel van beeldvorming, wat erg handig is. Deze methode maakt gebruik van lichtreflectie, waarbij de afstand kan worden bepaald door de terugkeertijd te berekenen, wat een nauwkeurigere waarneming mogelijk maakt via de sensor. De voordelen van dit type camera zijn zeer duidelijk. Niet alleen is de resolutie hoger, maar de toevoeging van deze sensor zorgt ook voor een realistischere weergave van de grootte, zonder dat bewegende onderdelen nodig zijn en betere resultaten worden verkregen door alleen te meten. Dit is zeer voordelig in praktische toepassingen, of het nu gaat om positionering of meting. Met dit type camera kunt u de ogen van meer machines en apparatuur tijdens de daadwerkelijke werking worden en daadwerkelijk geautomatiseerde processen voltooien.

TOF-camera's kunnen automatisch obstakels vermijden tijdens gebruik. Dankzij de geavanceerde sensortechnologie kan automatisering effectief worden toegepast, wat de voordelen van deze camera's aanzienlijk verbetert. De camera's kunnen niet alleen realtime informatie over volume en objecten verzamelen, maar ook de handling van goederen wordt efficiënter. De verbeterde automatisering versnelt de efficiëntie en biedt grote voordelen op het gebied van afstandsmeting en beeldweergave. De camera's leveren betere resultaten en dankzij pulstriggering kunnen gedetailleerde objecten worden gedetecteerd. Niet alleen tracking is mogelijk, maar ook 3D-modellering van de beelden, wat zeer nauwkeurig is.

HoeTOFCamera's werken

TOF-camera's maken gebruik van actieve lichtdetectie en bestaan ​​doorgaans uit de volgende onderdelen:

1. Bestralingseenheid

De bestralingseenheid moet de lichtbron pulserend moduleren voordat deze licht uitzendt, en de frequentie van de gemoduleerde lichtpuls kan oplopen tot 100 MHz. Hierdoor wordt de lichtbron duizenden keren aan- en uitgeschakeld tijdens het vastleggen van een beeld. Elke lichtpuls duurt slechts enkele nanoseconden. De belichtingstijdparameter van de camera bepaalt het aantal pulsen per beeld.

Om nauwkeurige metingen te verkrijgen, moeten de lichtpulsen precies worden aangestuurd, zodat ze exact dezelfde duur, stijgtijd en daaltijd hebben. Zelfs kleine afwijkingen van slechts één nanoseconde kunnen namelijk meetfouten tot wel 15 cm veroorzaken.

Dergelijke hoge modulatiefrequenties en precisie kunnen alleen worden bereikt met geavanceerde LED's of laserdiode's.

Over het algemeen is de bestralingslichtbron een infraroodlichtbron die onzichtbaar is voor het menselijk oog.

2. Optische lens

Het wordt gebruikt om gereflecteerd licht op te vangen en een beeld te vormen op een optische sensor. In tegenstelling tot gewone optische lenzen moet hier echter een banddoorlaatfilter worden toegevoegd om ervoor te zorgen dat alleen licht met dezelfde golflengte als de lichtbron binnenkomt. Het doel hiervan is om incoherente lichtbronnen te onderdrukken en zo ruis te verminderen, terwijl tegelijkertijd wordt voorkomen dat de lichtgevoelige sensor overbelicht raakt door externe lichtinterferentie.

3. Beeldsensor

De kern van de TOF-camera. De structuur van de sensor is vergelijkbaar met die van een gewone beeldsensor, maar is complexer. Hij bevat twee of meer sluiters om gereflecteerd licht op verschillende tijdstippen te bemonsteren. Daardoor is de pixelgrootte van een TOF-chip veel groter dan die van een gemiddelde beeldsensor, doorgaans rond de 100 µm.

4. Besturingseenheid

De reeks lichtpulsen die door de elektronische besturingseenheid van de camera worden gegenereerd, is nauwkeurig gesynchroniseerd met het openen/sluiten van de elektronische sluiter van de chip. Deze voert de uitlezing en omzetting van de sensorladingen uit en stuurt deze door naar de analyse-eenheid en de data-interface.

5. Computerunit

De computer kan nauwkeurige dieptekaarten vastleggen. Een dieptekaart is meestal een grijswaardeafbeelding, waarbij elke waarde de afstand tussen het lichtreflecterende oppervlak en de camera weergeeft. Om betere resultaten te verkrijgen, wordt doorgaans datacalibratie uitgevoerd.

Hoe meet TOF afstand?

De lichtbron wordt doorgaans gemoduleerd door blokgolfpulsen, omdat dit relatief eenvoudig te implementeren is met digitale schakelingen. Elke pixel van de dieptecamera bestaat uit een lichtgevoelige eenheid (zoals een fotodiode), die invallend licht omzet in elektrische stroom. De lichtgevoelige eenheid is verbonden met meerdere hoogfrequente schakelaars (G1, G2 in de onderstaande afbeelding) om de stroom naar verschillende condensatoren te leiden die ladingen kunnen opslaan (S1, S2 in de onderstaande afbeelding).

Een besturingseenheid op de camera schakelt de lichtbron in en uit en zendt daarbij een lichtpuls uit. Tegelijkertijd opent en sluit de besturingseenheid de elektronische sluiter op de chip. De lading S₀De op deze manier door de lichtpuls gegenereerde energie wordt opgeslagen in het lichtgevoelige element.

Vervolgens schakelt de besturingseenheid de lichtbron een tweede keer aan en uit. Deze keer opent de sluiter later, op het moment dat de lichtbron wordt uitgeschakeld. De lading S₁De nu gegenereerde gegevens worden ook opgeslagen op het lichtgevoelige element.

Omdat de duur van een enkele lichtpuls zo kort is, wordt dit proces duizenden keren herhaald totdat de belichtingstijd is bereikt. De waarden in de lichtsensor worden vervolgens uitgelezen en aan de hand van deze waarden kan de werkelijke afstand worden berekend.

Merk op dat de lichtsnelheid c is, t_pis de duur van de lichtpuls, S₀vertegenwoordigt de lading die door de eerdere sluiter is opgevangen, en S₁Als de lading die door de vertraagde sluiter wordt opgevangen, wordt weergegeven, kan de afstand d worden berekend met de volgende formule:

De kleinste meetbare afstand wordt bereikt wanneer alle lading in S0 wordt opgevangen tijdens de eerdere sluitertijd en er geen lading wordt opgevangen in S1 tijdens de latere sluitertijd, oftewel S1 = 0. Door dit in de formule in te vullen, verkrijgen we de minimale meetbare afstand d=0.

De grootste meetbare afstand is die waar alle lading in S1 wordt opgevangen en er in S0 helemaal geen lading meer wordt opgevangen. De formule levert dan d = 0,5 x c × tp op. De maximale meetbare afstand wordt dus bepaald door de breedte van de lichtpuls. Bijvoorbeeld, tp = 50 ns, invullen in de bovenstaande formule geeft de maximale meetafstand d = 7,5 m.

Hardwareontwerp en productkenmerken

Gebruik de meest geavanceerde TOF-hardwareoplossing ter wereld: een klasse I-veilige laser, hoge pixelresolutie, een industriële camera en een compact formaat, geschikt voor het verzamelen van dieptegegevens over lange afstanden, zowel binnen als buiten.

Beeldverwerkingsalgoritme

Het maakt gebruik van 's werelds meest geavanceerde algoritme voor beeldverwerking en -analyse, heeft een krachtige verwerkingscapaciteit, verbruikt minder CPU-bronnen, biedt een hoge nauwkeurigheid en goede compatibiliteit.

Toepassingen

Digitale industriële camera's worden voornamelijk gebruikt in fabrieksautomatisering, AGV-navigatie, ruimtemeting, intelligente verkeers- en transportsystemen (ITS) en de medische en biowetenschappen. Onze gebiedsscan-, lijnscan- en netwerkcamera's worden veelvuldig gebruikt voor het meten van objectpositie en -oriëntatie, het monitoren van patiëntactiviteit en -status, gezichtsherkenning, verkeersmonitoring, inspectie van elektronica en halfgeleiders, personentelling en wachtrijmeting, en andere gebieden.

www.hampotech.com

fairy@hampotech.com