Что такое TOF-камера? И как она работает?

TOF 3DCамера

3D-камера TOF создана с использованием самых передовых технологий трехмерной визуализации. Камера глубины TOF (Time of Flight) — это новое поколение продуктов для определения расстояния и 3D-визуализации. Она непрерывно посылает световые импульсы к цели, а затем с помощью датчика принимает свет, возвращающийся от объекта, и определяет расстояние до цели, регистрируя время прохождения (туда и обратно) светового импульса.

Камеры TOF обычно используют метод измерения расстояния по времени пролета, то есть, как и при использовании ультразвуковых волн и т. д., необходимо проводить измерения, чтобы получить более точное представление о расстоянии. Измерение расстояния с помощью световых лучей позволяет использовать эту камеру, что делает её очень удобной в практическом применении. Использование такой камеры позволяет измерять размеры с помощью визуализации. Благодаря отражению света расстояние можно определить, вычислив время возврата, что обеспечивает более точное восприятие благодаря датчику. Преимущества использования таких камер очевидны. Более высокое разрешение, а также наличие датчика позволяют получить более реалистичные данные о размерах, исключая необходимость в движущихся частях и обеспечивая лучшие результаты за счет измерений. Это очень выгодно в практических приложениях, будь то позиционирование или измерение. Используя такую ​​камеру, вы можете стать «глазами» для большего количества механизмов и оборудования в процессе работы и обеспечить полную автоматизацию.

Камеры TOF способны автоматически избегать препятствий во время работы. Благодаря своим сенсорным характеристикам, они позволяют эффективно реализовать автоматизацию, и преимущества использования этой камеры очевидны. Она не только позволяет своевременно получать информацию об объеме груза, но и повышает эффективность автоматизации обработки грузов, ускоряет повышение производительности и обеспечивает значительные преимущества в измерении расстояний и отображении изображений. Основная функция этой камеры – улучшенные результаты, а импульсная синхронизация позволяет детально отслеживать цель, а также создавать трехмерные модели на изображении, что обеспечивает высокую точность.

КакTOFКамеры работают

Камеры TOF используют активное обнаружение света и обычно включают в себя следующие компоненты:

1. Облучительный блок

Перед излучением излучающему устройству необходимо импульсно модулировать источник света, при этом частота модулированных световых импульсов может достигать 100 МГц. В результате источник света включается и выключается тысячи раз во время съемки изображения. Каждый световой импульс длится всего несколько наносекунд. Параметр времени экспозиции камеры определяет количество импульсов на одно изображение.

Для получения точных измерений необходимо точно контролировать длительность, время нарастания и время спада световых импульсов. Даже небольшие отклонения в одну наносекунду могут привести к ошибкам измерения расстояния до 15 см.

Такие высокие частоты модуляции и точность могут быть достигнуты только с помощью сложных светодиодов или лазерных диодов.

Как правило, источником излучаемого света является инфракрасный свет, невидимый для человеческого глаза.

2. Оптическая линза

Он используется для сбора отраженного света и формирования изображения на оптическом датчике. Однако, в отличие от обычных оптических линз, здесь необходимо добавить полосовой фильтр, чтобы гарантировать, что в систему попадет только свет с той же длиной волны, что и источник освещения. Цель этого — подавление некогерентных источников света для уменьшения шума, а также предотвращение переэкспозиции фоточувствительного датчика из-за внешних световых помех.

3. Датчик изображения

Суть TOF-камеры. Структура сенсора аналогична структуре обычного датчика изображения, но она сложнее. Он содержит 2 или более затворов для сбора отраженного света в разное время. Поэтому пиксель TOF-чипа значительно больше, чем обычный размер пикселя датчика изображения, обычно около 100 мкм.

4. Блок управления

Последовательность световых импульсов, запускаемых электронным блоком управления камеры, точно синхронизирована с открытием/закрытием электронного затвора чипа. Он осуществляет считывание и преобразование зарядов сенсора и направляет их в блок анализа и интерфейс данных.

5. Вычислительный блок

Вычислительный блок может записывать точные карты глубины. Карта глубины обычно представляет собой изображение в оттенках серого, где каждое значение соответствует расстоянию между отражающей свет поверхностью и камерой. Для получения лучших результатов обычно выполняется калибровка данных.

Как метод TOF измеряет расстояние?

Источник света для подсветки обычно модулируется прямоугольными импульсами, поскольку это относительно легко реализовать с помощью цифровых схем. Каждый пиксель камеры глубины состоит из фоточувствительного элемента (например, фотодиода), который может преобразовывать падающий свет в электрический ток. Фоточувствительный элемент соединен с несколькими высокочастотными переключателями (G1, G2 на рисунке ниже) для направления тока в различные конденсаторы, которые могут накапливать заряды (S1, S2 на рисунке ниже).

Блок управления на камере включает и выключает источник света, посылая световой импульс. В тот же момент блок управления открывает и закрывает электронный затвор на чипе. Заряд S₀Созданный таким образом световой импульс сохраняется на фоточувствительном элементе.

Затем блок управления включает и выключает источник света во второй раз. На этот раз затвор открывается позже, в тот момент, когда источник света выключен. Заряд S₁Полученные данные также сохраняются на фоточувствительном элементе.

Поскольку длительность одного светового импульса очень мала, этот процесс повторяется тысячи раз, пока не будет достигнуто время экспозиции. Затем считываются значения с датчика освещенности, и на основе этих значений можно рассчитать фактическое расстояние.

Обратите внимание, что скорость света равна c, t_p— длительность светового импульса, S.₀представляет собой заряд, собранный предыдущим затвором, а S₁Если d обозначает заряд, собранный затвором с задержкой, то расстояние d можно рассчитать по следующей формуле:

Наименьшее измеримое расстояние достигается тогда, когда весь заряд накапливается в S0 в течение более раннего периода затвора, а в S1 заряд не накапливается в течение более позднего периода затвора, т.е. S1 = 0. Подставив эти значения в формулу, получим минимальное измеримое расстояние d = 0.

Наибольшее измеримое расстояние — это расстояние, на котором весь заряд собран в S1, а в S0 заряд не собран вообще. Тогда формула дает d = 0,5 xc × tp. Таким образом, максимальное измеримое расстояние определяется шириной светового импульса. Например, при tp = 50 нс, подставляя это значение в приведенную выше формулу, получаем максимальное расстояние измерения d = 7,5 м.

Конструкция оборудования и характеристики продукта

Используется самое передовое в мире аппаратное решение TOF: безопасный лазер класса I, высокое разрешение пикселей, камера промышленного класса, компактные размеры, возможность использования для сбора информации о глубине на больших расстояниях как внутри, так и вне помещений.

алгоритм обработки изображений

Благодаря использованию передовых в мире алгоритмов обработки и анализа изображений, программа обладает высокой вычислительной мощностью, потребляет меньше ресурсов ЦП, отличается высокой точностью и хорошей совместимостью.

Приложения

Цифровые промышленные камеры в основном используются в автоматизации производства, навигации автоматизированных транспортных средств (AGV), измерении космического пространства, интеллектуальных транспортных системах (ITS), а также в медицине и биологических науках. Наши камеры с плоскостным сканированием, линейным сканированием и сетевые камеры широко применяются для измерения положения и ориентации объектов, мониторинга активности и состояния пациентов, распознавания лиц, мониторинга дорожного движения, контроля электронных и полупроводниковых изделий, подсчета людей и измерения очередей, а также в других областях.

www.hampotech.com

fairy@hampotech.com