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什么是 TOF 相机?它是如何运作的?

飞行时间3DC阿梅拉

TOF 3D相机采用最先进的三维成像技术打造。 TOF(Time of Flight)深度相机是新一代距离检测和3D成像技术产品。它不断向目标发送光脉冲,然后利用传感器接收物体返回的光,通过检测光脉冲的飞行(往返)时间来获取目标物体距离。

TOF相机在测距时通常采用飞行时间法,即使用超声波等时,记得测量,可以进一步了解距离。这种距离测量可以通过光束来进行,所以在实际使用中的优势还是非常明显的。 ,使用这款相机时,可以通过成像来测量尺寸,非常方便。而这种使用方式是通过光反射,通过计算返回时间就可以知道距离,通过传感器可以获得更充分的感知。使用这种相机的优势是非常明显的。不仅像素更高,而且这个传感器的加入可以让尺寸图上的采集更加真实,而且不需要运动部件,只需要测量就可以获得更好的结果。它在实际应用中是非常有优势的,无论是定位还是测量,只要拥有这种相机,就可以成为更多机械设备在实际操作中的眼睛,真正完成自动化操作。

TOF相机在使用中可以自动避障。通过传感性能,可以有效实现自动化的使用,使用这款相机的优势非常明显。它不仅可以及时了解体积和信息,而且在货物装卸、自动化的提高上更加高效,可以加快效率的提高,并且在距离测量和图像呈现方面可以获得很大的优势。这个相机的核心可以。它呈现出更好的效果,并且通过脉冲触发,可以知道详细的目标,不仅可以跟踪,还可以对图片进行三维建模,可以说非常准确。

如何飞行时间相机工作

TOF相机采用主动光检测,通常包括以下部分:

1. 照射装置

照射单元在发射前需要对光源进行脉冲调制,调制的光脉冲频率可高达100MHz。因此,在图像捕获过程中,光源会打开和关闭数千次。每个光脉冲只有几纳秒长。相机的曝光时间参数决定了每张图像的脉冲数。

为了实现精确测量,必须精确控制光脉冲,使其具有完全相同的持续时间、上升时间和下降时间。因为即使只有一纳秒的小偏差也会产生高达 15 厘米的距离测量误差。

如此高的调制频率和精度只能通过复杂的 LED 或激光二极管来实现。

通常,照射光源为人眼不可见的红外光源。

2.光学镜头

它用于收集反射光并在光学传感器上形成图像。不过,与普通光学透镜不同的是,这里需要添加带通滤光片,以确保只有与照明源波长相同的光才能进入。这样做的目的是抑制非相干光源以减少噪声,同时防止光敏传感器因外界光干扰而曝光过度。

3. 成像传感器

TOF相机的核心。该传感器的结构与普通图像传感器类似,但比图像传感器更为复杂。它包含 2 个或更多百叶窗,可在不同时间对反射光进行采样。因此,TOF芯片像素远大于一般图像传感器像素尺寸,一般在100um左右。

4. 控制单元

相机电子控制单元触发的光脉冲序列与芯片电子快门的打开/关闭精确同步。它执行传感器电荷的读出和转换,并将其引导至分析单元和数据接口。

5. 计算单元

计算单元可以记录精确的深度图。深度图通常是灰度图像,其中每个值代表光反射表面和相机之间的距离。为了得到更好的结果,通常会进行数据校准。

TOF如何测量距离?

照明光源一般采用方波脉冲调制,因为用数字电路比较容易实现。深度相机的每个像素都由感光单元(例如光电二极管)组成,可以将入射光转换为电流。光敏单元与多个高频开关(下图中的G1、G2)连接,将电流引导至不同的可以存储电荷的电容器(下图中的S1、S2)。

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相机上的控制单元打开和关闭光源,发出光脉冲。同时,控制单元打开和关闭芯片上的电子快门。电荷S0这样产生的光脉冲被存储在光敏元件上。

然后,控制单元第二次打开和关闭光源。这次快门稍后打开,在光源关闭的时间点。电荷S1现在生成的也存储在感光元件上。

由于单个光脉冲的持续时间很短,因此这个过程会重复数千次,直到达到曝光时间。然后读取光传感器中的值,并可以根据这些值计算实际距离。

注意光速为 c, tp是光脉冲的持续时间,S0代表较早的快门收集的电荷,S1表示延迟快门收集到的电荷,则距离d可以通过以下公式计算:

 

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最小可测距离是指在较早的快门周期内S0收集到所有电荷,而在延迟快门周期内S1没有收集到电荷,即S1=0。代入公式可得最小可测距离d=0。

最大可测量距离是在 S1 中收集所有电荷且在 S0 中根本不收集电荷的距离。该公式得出 d = 0.5 xc × tp。因此,最大可测量距离由光脉冲宽度决定。例如tp=50ns,代入上式,则最大测量距离d=7.5m。

硬件设计及产品特点

采用全球最先进的TOF硬件方案; I类安全激光,高像素分辨率,工业级摄像头,体积小,可用于室内外远距离深度信息采集。

图像处理算法

采用全球领先的图像处理和分析算法,处理能力强,占用CPU资源少,精度高,兼容性好。

应用领域

数字工业相机主要应用于工厂自动化、AGV导航、空间测量、智能交通运输(ITS)以及医疗和生命科学等领域。我们的面扫描、线扫描和网络摄像机广泛应用于物体位置和方向测量、患者活动和状态监测、人脸识别、交通监控、电子和半导体检查、人数统计和队列测量等领域。

 

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发布时间:2023年3月7日