距离测量和物体检测的飞行系统的时间

文章作者:Thomas Brand

距离测量和目标检测在许多领域发挥重要作用-无论是在工厂自动化，机器人应用，或物流。特别是在安全方面，需要对特定距离的物体或人进行探测和反应。例如，一旦工人进入危险区域，机器人手臂可能需要立即停止。

飞行时间（TOF）对此目的越来越重要。利用TOF技术，光从调制源发射，例如激光，然后通过传感器或相机捕获从一个或多个物体反射的光束。由此可以借助于在发射光并且接收到反射光时之间的时间延迟ΔT来确定距离。时间延迟与相机与对象之间的距离（往返）的两倍成比例。因此，可以估计距离作为深度D =（C×ΔT）/ 2，其中C是光速。因此，TOF相机输出2D数据以及所需的深度信息。

ToF允许在一次记录整个图像。不需要逐行扫描或传感器和被观察物体之间的相对运动。ToF通常被归类为激光雷达(光探测和测距)，但它是一种基于闪光激光雷达的方法，而不是扫描激光雷达。

基本上存在两种不同的方法来测量光脉冲的飞行时间：脉冲操作，基于电荷耦合器件（CCD）技术和连续波（CW）操作。

然而，在脉冲模式下测量光脉冲的发射和接收之间的经过时间，而在CW模式下确定发射和接收的调制光脉冲之间的相移。这两种操作模式都具有优缺点。脉冲模式对环境光更鲁棒，因此对户外应用更具导电性，因为该技术经常依赖于在短集成窗口期间在非常短的突发中发射的高能光脉冲。虽然CW模式可能更容易实现，因为光源不必非常短，并且具有快速上升/下降沿。但是，如果精确要求变得更加严格，则需要更高的频率调制信号，并且可能难以实现。

现有的像素大小导致高芯片分辨率，其不允许距离测量而且对象和手势识别。测量的距离范围从几厘米（<10cm）到几米（<15米）。

不幸的是，并非所有对象都可以检测到相同的程度。物体的条件，反射率和对象的速度影响测量结果。测量结果也可以通过雾或强阳光等环境因素伪造。环境光抑制有助于后者。

半导体制造商如模拟设备，Inc。（ADI）提供完整的3D TOF系统，以支持3D TOF解决方案的快速实现。它们与控制电子设备的一个单元中的数据处理，激光驱动器，电源管理和软件/固件集成在一起。附加组件是发射频率调制光信号的发射器和寄存反射信号的检测器。框图如图2所示。

像具有集成深度计算的模拟前端(AFE)这样的组件对任何想要构建这样一个系统的人都有很大的帮助。其中,ADDI9036提供了这种功能。它是一个完整的CCD ToF信号处理器，集成了一个激光二极管驱动器，一个12位ADC，和一个高精度时钟发生器，为CCD和激光产生定时。ADDI9036负责处理来自VGA CCD传感器的原始图像数据，以产生深度/像素数据。

ADI还与设计合作伙伴合作，我们可以共同提供完成的模块和开发平台。这些评估系统可用于开发客户特定的算法。成品模块和平台有助于加速开发，在行业和汽车工程中发现的时间至关重要的业务领域尤为重要。

- 托马斯品牌是模拟设备的现场应用工程师