กล้อง TOF คืออะไร? และมันทำงานอย่างไร?

ทีโอเอฟ 3DCอเมริกา

กล้อง TOF 3D สร้างขึ้นด้วยเทคโนโลยีการถ่ายภาพสามมิติที่ทันสมัยที่สุด กล้องวัดความลึก TOF (Time of Flight) คือผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีการตรวจจับระยะทางและภาพ 3 มิติรุ่นใหม่ โดยจะส่งพัลส์แสงไปยังเป้าหมายอย่างต่อเนื่อง จากนั้นใช้เซ็นเซอร์เพื่อรับแสงที่ส่งกลับจากวัตถุ และรับระยะห่างของวัตถุเป้าหมายโดยการตรวจจับเวลาการบิน (ไปกลับ) ของพัลส์แสง

กล้อง TOF มักจะใช้วิธีเวลาบินในการวัดระยะทาง กล่าวคือ เมื่อใช้คลื่นอัลตราโซนิก ฯลฯ อย่าลืมวัด แล้วคุณจะเข้าใจระยะทางได้มากขึ้น การวัดระยะห่างนี้สามารถดำเนินการผ่านลำแสงได้ ดังนั้นข้อดีในการใช้งานจริงจึงยังคงเห็นได้ชัดเจนมาก เมื่อใช้กล้องตัวนี้ก็สามารถวัดขนาดด้วยภาพได้ซึ่งสะดวกมาก และวิธีการใช้งานนี้คือการสะท้อนแสง สามารถทราบระยะทางได้โดยการคำนวณเวลากลับ และสามารถรับการรับรู้ที่เพียงพอมากขึ้นผ่านเซ็นเซอร์ ข้อดีของการใช้กล้องประเภทนี้เห็นได้ชัดเจนมาก ไม่เพียงแต่พิกเซลจะสูงขึ้นเท่านั้น แต่การเพิ่มเซ็นเซอร์นี้ยังช่วยให้การได้มาบนแผนที่ขนาดสมจริงยิ่งขึ้น และไม่จำเป็นต้องมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว และจะได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นโดยการวัดเท่านั้น มีประโยชน์มากในการใช้งานจริง ไม่ว่าจะเป็นการวางตำแหน่งหรือการวัด ตราบใดที่คุณมีกล้องประเภทนี้ คุณก็สามารถเป็นที่จับตามองของเครื่องจักรและอุปกรณ์ในการทำงานจริงได้มากขึ้น และทำงานอัตโนมัติได้อย่างสมบูรณ์

กล้อง TOF สามารถหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางในการใช้งานได้โดยอัตโนมัติ ด้วยประสิทธิภาพการตรวจจับ ทำให้สามารถรับรู้ถึงการใช้ระบบอัตโนมัติได้อย่างมีประสิทธิภาพ และข้อดีของการใช้กล้องนี้ก็ชัดเจนมาก ไม่เพียงแต่สามารถรู้ปริมาณและข้อมูลได้ทันเวลาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการขนถ่ายสินค้าด้วย การปรับปรุงระบบอัตโนมัติมีประสิทธิภาพมากขึ้น สามารถเร่งการปรับปรุงประสิทธิภาพได้ และสามารถได้รับข้อได้เปรียบอย่างมากในการวัดระยะทางและการนำเสนอภาพ แกนหลักของกล้องตัวนี้สามารถ ให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า และด้วยการกระตุ้นพัลส์ คุณสามารถทราบเป้าหมายโดยละเอียด ไม่เพียงแต่สามารถติดตามได้ แต่ยังสามารถทำการสร้างแบบจำลองสามมิติบนภาพ ซึ่งอาจกล่าวได้ว่ามีความแม่นยำมาก

ยังไงทีโอเอฟกล้องทำงาน

กล้อง TOF ใช้การตรวจจับแสงแบบแอ็กทีฟและโดยปกติจะประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้:

1. หน่วยการฉายรังสี

หน่วยการฉายรังสีจำเป็นต้องปรับแหล่งกำเนิดแสงแบบพัลส์ก่อนที่จะเปล่งแสง และความถี่พัลส์ของแสงแบบมอดูเลตสามารถสูงถึง 100MHz ด้วยเหตุนี้ แหล่งกำเนิดแสงจึงถูกเปิดและปิดหลายพันครั้งระหว่างการถ่ายภาพ พัลส์แสงแต่ละดวงมีความยาวเพียงไม่กี่นาโนวินาทีเท่านั้น พารามิเตอร์เวลาเปิดรับแสงของกล้องจะกำหนดจำนวนพัลส์ต่อภาพ

เพื่อให้ได้การวัดที่แม่นยำ พัลส์แสงจะต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำเพื่อให้มีระยะเวลา เวลาขึ้น และเวลาตกเท่ากันทุกประการ เพราะแม้แต่การเบี่ยงเบนเพียงเล็กน้อยเพียง 1 นาโนวินาทีก็สามารถสร้างข้อผิดพลาดในการวัดระยะทางได้สูงสุดถึง 15 ซม.

ความถี่และความแม่นยำในการมอดูเลตสูงดังกล่าวสามารถทำได้ด้วย LED หรือไดโอดเลเซอร์ที่มีความซับซ้อนเท่านั้น

โดยทั่วไป แหล่งกำเนิดแสงจากการฉายรังสีคือแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดที่มองไม่เห็นด้วยตามนุษย์

2. เลนส์ออพติคอล

ใช้เพื่อรวบรวมแสงสะท้อนและสร้างภาพบนเซ็นเซอร์ออปติคัล อย่างไรก็ตาม จะต้องเพิ่มตัวกรองแบนด์พาสที่นี่ซึ่งต่างจากเลนส์สายตาทั่วไป เพื่อให้แน่ใจว่ามีเพียงแสงที่มีความยาวคลื่นเท่ากันกับแหล่งกำเนิดแสงเท่านั้นที่จะเข้าไปได้ จุดประสงค์คือเพื่อระงับแหล่งกำเนิดแสงที่ไม่ต่อเนื่องกันเพื่อลดสัญญาณรบกวน ขณะเดียวกันก็ป้องกันไม่ให้เซ็นเซอร์ไวแสงได้รับแสงมากเกินไปเนื่องจากการรบกวนของแสงจากภายนอก

3. เซ็นเซอร์รับภาพ

แกนหลักของกล้อง TOF โครงสร้างของเซนเซอร์จะคล้ายกับเซนเซอร์ภาพทั่วไป แต่มีความซับซ้อนมากกว่าเซนเซอร์ภาพ ประกอบด้วยบานเกล็ดตั้งแต่ 2 อันขึ้นไปเพื่อเก็บตัวอย่างแสงสะท้อนในเวลาที่ต่างกัน ดังนั้นพิกเซลชิป TOF จึงมีขนาดใหญ่กว่าขนาดพิกเซลของเซ็นเซอร์ภาพทั่วไป โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 100um

4. ชุดควบคุม

ลำดับของพัลส์แสงที่ถูกกระตุ้นโดยชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ของกล้องจะซิงโครไนซ์กับการเปิด/ปิดชัตเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ของชิปอย่างแม่นยำ โดยจะอ่านและแปลงประจุของเซ็นเซอร์ และนำไปยังหน่วยวิเคราะห์และอินเทอร์เฟซข้อมูล

5. หน่วยประมวลผล

หน่วยประมวลผลสามารถบันทึกแผนที่เชิงลึกได้อย่างแม่นยำ แผนที่เชิงลึกมักเป็นภาพระดับสีเทา โดยแต่ละค่าแสดงถึงระยะห่างระหว่างพื้นผิวสะท้อนแสงและกล้อง เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้น โดยปกติจะทำการปรับเทียบข้อมูล

TOF วัดระยะทางอย่างไร?

โดยทั่วไปแหล่งกำเนิดแสงส่องสว่างจะถูกมอดูเลตโดยพัลส์คลื่นสี่เหลี่ยม เนื่องจากง่ายต่อการนำไปใช้กับวงจรดิจิตอล แต่ละพิกเซลของกล้องถ่ายภาพเชิงลึกประกอบด้วยหน่วยไวแสง (เช่น โฟโตไดโอด) ซึ่งสามารถแปลงแสงที่ตกกระทบให้เป็นกระแสไฟฟ้าได้ หน่วยไวแสงเชื่อมต่อกับสวิตช์ความถี่สูงหลายตัว (G1, G2 ในรูปด้านล่าง) เพื่อนำกระแสเข้าสู่ตัวเก็บประจุต่างๆ ที่สามารถเก็บประจุได้ (S1, S2 ในรูปด้านล่าง)

ชุดควบคุมบนกล้องจะเปิดและปิดแหล่งกำเนิดแสง โดยส่งพัลส์แสงออกมา ในขณะเดียวกัน ชุดควบคุมจะเปิดและปิดชัตเตอร์อิเล็กทรอนิกส์บนชิป ค่าธรรมเนียม S₀ที่สร้างขึ้นในลักษณะนี้โดยพัลส์แสงจะถูกเก็บไว้ในองค์ประกอบที่ไวต่อแสง

จากนั้นชุดควบคุมจะเปิดและปิดแหล่งกำเนิดแสงเป็นครั้งที่สอง คราวนี้ชัตเตอร์จะเปิดขึ้นในภายหลัง ณ เวลาที่แหล่งกำเนิดแสงปิดอยู่ ค่าธรรมเนียม S₁ที่สร้างขึ้นในขณะนี้จะถูกเก็บไว้ในองค์ประกอบแสงด้วย

เนื่องจากระยะเวลาของพัลส์แสงเดียวนั้นสั้นมาก กระบวนการนี้จึงถูกทำซ้ำหลายพันครั้งจนกว่าจะถึงเวลาเปิดรับแสง จากนั้นจะอ่านค่าในเซ็นเซอร์วัดแสงและสามารถคำนวณระยะทางจริงได้จากค่าเหล่านี้

โปรดทราบว่าความเร็วแสงคือ c, t_pคือระยะเวลาของพัลส์แสง S₀หมายถึงประจุที่รวบรวมโดยชัตเตอร์ก่อนหน้า และ S₁แสดงถึงประจุที่รวบรวมโดยชัตเตอร์หน่วงเวลา จากนั้นระยะทาง d สามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:

ระยะทางที่วัดได้น้อยที่สุดคือเมื่อประจุทั้งหมดถูกรวบรวมใน S0 ระหว่างช่วงชัตเตอร์ก่อนหน้า และไม่มีการเก็บประจุใน S1 ในระหว่างช่วงชัตเตอร์ล่าช้า กล่าวคือ S1 = 0 การแทนค่าในสูตรจะทำให้ได้ระยะทางที่วัดได้ต่ำสุด d=0

ระยะทางที่วัดได้มากที่สุดคือจุดที่ประจุทั้งหมดจะถูกรวบรวมใน S1 และไม่มีการเก็บประจุเลยใน S0 จากนั้นสูตรจะได้ d = 0.5 xc × tp ระยะทางที่วัดได้สูงสุดจึงถูกกำหนดโดยความกว้างของพัลส์แสง ตัวอย่างเช่น tp = 50 ns เมื่อแทนสูตรข้างต้น ระยะการวัดสูงสุด d = 7.5 ม.

การออกแบบฮาร์ดแวร์และคุณลักษณะของผลิตภัณฑ์

นำโซลูชันฮาร์ดแวร์ TOF ที่ทันสมัยที่สุดในโลกมาใช้ เลเซอร์ปลอดภัยคลาส I ความละเอียดพิกเซลสูง กล้องเกรดอุตสาหกรรม ขนาดเล็ก สามารถใช้สำหรับการรวบรวมข้อมูลเชิงลึกทั้งในร่มและกลางแจ้ง

อัลกอริธึมการประมวลผลภาพ

ด้วยการใช้อัลกอริธึมการประมวลผลและการวิเคราะห์ภาพชั้นนำของโลก ทำให้มีความสามารถในการประมวลผลที่แข็งแกร่ง ใช้ทรัพยากร CPU น้อยลง มีความแม่นยำสูงและเข้ากันได้ดี

การใช้งาน

กล้องอุตสาหกรรมดิจิทัลที่ใช้เป็นหลักในระบบอัตโนมัติในโรงงาน การนำทาง AGV การวัดพื้นที่ การจราจรและการขนส่งอัจฉริยะ (ITS) และการแพทย์และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ การสแกนพื้นที่ การสแกนเส้น และกล้องเครือข่ายของเราถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดตำแหน่งของวัตถุและการวางแนว กิจกรรมของผู้ป่วยและการตรวจสอบสถานะ การจดจำใบหน้า การตรวจสอบการจราจร การตรวจสอบทางอิเล็กทรอนิกส์และเซมิคอนดักเตอร์ การนับคนและการวัดคิว และสาขาอื่น ๆ

www.hampotech.com

fairy@hampotech.com