“إذا كنت أحد الوالدين بالفعل ، فربما تكون قد فعلت شيئًا كهذا عندما وُلد الطفل للتو – كان الطفل نائمًا وبدا بلا حراك ، ويمكنك فحص أنف الطفل بيدك لمعرفة ما إذا كان الطفل يتنفس بشكل طبيعي ، يمكنك تشعر بالراحة عندما يكون لديك هواء تنفس دافئ على يديك. يشار إلى هذا السلوك عمومًا باسم “قلق الوالدين الجدد”. اليوم ، يمكن القضاء على هذا القلق باستخدام تقنية ToF.يمكن لتصميم إثبات المفهوم لمنتجات الرعاية الصحية باستخدام تقنية ToF ، الذي تم إكماله بشكل مشترك من قبل شركة Analog Devices و Arrow والجامعة الصينية في هونغ كونغ وما إلى ذلك ، بسهولة قياس نشاط صدر الطفل وحساب معدل التنفس ونقل هذه المعلومات على الهاتف المحمول.
“
إذا كنت أحد الوالدين بالفعل ، فربما تكون قد فعلت شيئًا كهذا عندما وُلد الطفل للتو – كان الطفل نائمًا وبدا بلا حراك ، ويمكنك فحص أنف الطفل بيدك لمعرفة ما إذا كان الطفل يتنفس بشكل طبيعي ، يمكنك تشعر بالراحة عندما يكون لديك هواء تنفس دافئ على يديك. يشار إلى هذا السلوك عمومًا باسم “قلق الوالدين الجدد”. اليوم ، يمكن القضاء على هذا القلق باستخدام تقنية ToF. يمكن لتصميم إثبات المفهوم لمنتجات الرعاية الصحية باستخدام تقنية ToF ، الذي تم إكماله بالاشتراك مع شركة Analog Devices و Arrow والجامعة الصينية في هونغ كونغ ، قياس نشاط صدر الطفل بسهولة وحساب معدل التنفس ونقل هذه المعلومات إلى جهاز محمول.
تعمل كاميرات ToF على تخفيف قلق الآباء الجدد
تكتسب تقنية ToF قوة دفع للتطبيقات التي تتطلب رسم خرائط للعمق في الوقت الفعلي ، مع حالات الاستخدام بما في ذلك السلامة الصناعية والأتمتة ، والقيادة الذاتية ، واكتشاف المواد وتصنيفها ، والواقع الافتراضي والمعزز ، والطائرات بدون طيار. الآن ، يسعدنا أن نرى اعتماد تقنية ToF في مجال المنتجات الطبية الاستهلاكية. وفقًا للتقارير ، يستخدم أول تصميم لإثبات صحة منتجات الرعاية الصحية من ADI تقنية 3D ToF الخاصة بـ ADI. بدعم من خوارزميات الاستشعار الذكية ، يوضح التصميم كيف يمكن نشر تقنية 3D ToF لتوفير بيانات استشعار في الوقت الحقيقي عالية الدقة على نطاق نانوثانية لمراقبة نمط التنفس واكتشاف الحركة الدقيقة.
تستخدم شاشة هذا التصميم كاميرا ADI’s ToF Technology في المقدمة. عندما يتنفس الطفل ، تنقل الشاشة بيانات في الوقت الفعلي. تمر هذه البيانات عبر مرشحات مخصصة وخوارزميات محسّنة ، مما يسمح لولي الأمر بقياس نشاط صدر الطفل. الجهاز المحمول سيعتمد على معدل تنفس الطفل لتحديث هذه المعلومات في الوقت الفعلي. بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة للأطفال الرضع بعمر شهر واحد ، من الخطر أيضًا الاستلقاء على بطونهم إذا لم يكونوا ماهرين في الانقلاب. يمكن للشاشة أيضًا مراقبة ما إذا كان الطفل ينقلب. ويمكن أيضًا رؤية هذا الإجراء بوضوح في الأجهزة المحمولة.
تصميم إثبات المفهوم لمنتجات الرعاية الصحية باستخدام تقنية ToF
يُذكر أن تصميم المفهوم سيتم اعتماده من قبل Hubble Connected ، وهي مزود لتقنية IoT وخدمات النظام الأساسي للعلامة التجارية الذكية للأبوة والأمومة من Motorola. مع منتج الشاشة هذا ، لم يعد الآباء الجدد بحاجة إلى الاستيقاظ في منتصف الليل لاستكشاف الأطفال بأصابعهم. اشخر أو لاحظي ما إذا كان طفلك يتقلب ، فقط التقط الجهاز المحمول في متناول اليد لترى كيف حال طفلك.
تأتي تطبيقات ToF القوية من المعلومات المتعمقة لكل بكسل
ToF هي طريقة مراقبة ناشئة ذات إمكانات كبيرة. تأتي تطبيقات ToF القوية من معلومات العمق عند كل بكسل: تقيس كاميرات ToF المسافة عن طريق إضاءة كائن بمصدر ضوء معدل ، مثل الليزر أو LED ، ثم التقاط الضوء المنعكس بجهاز استشعار حساس لطول موجة الليزر. يقيس المستشعر التأخير الزمني ، ΔT ، بين انبعاث الضوء من الكاميرا واستقبال الضوء المنبعث من الكاميرا. يتناسب التأخير الزمني مع ضعف المسافة (ذهابًا وإيابًا) بين الكاميرا والجسم ؛ لذلك ، يمكن تقدير المسافة على أنها عمق = cΔT / 2 ، حيث c هي سرعة الضوء. تتمثل المهمة الرئيسية لكاميرا ToF في تقدير التأخير بين إشارة الضوء المنبعثة وإشارة الضوء المنعكسة. هناك العديد من الطرق المختلفة لقياس ΔT ، منها طريقة الموجة المستمرة والنبض هما الطريقتان الأكثر استخدامًا.
رسم تخطيطي لقياس بسيط ToF
تستخدم طريقة الموجة المستمرة إشارة معدلة دوريًا لإصدار الضوء بشكل فعال ، ثم يقوم homodyne بإزالة تشكيل الإشارة المستقبلة لقياس انزياح طور الضوء المنعكس ؛ في الطريقة النبضية ، يصدر مصدر الضوء سلسلة من نبضات الليزر القصيرة N ، وهي ينعكس مرة أخرى على جهاز استشعار مزود بمصراع إلكتروني قادر على التقاط التعريضات الضوئية في سلسلة من النوافذ ذات الوقت القصير. كلتا طريقتين ToF لها مزاياها وعيوبها فيما يتعلق بالتطبيق. يشمل نظام ToF الذي يختار الطريقة التي يجب مراعاتها: مسافة القياس ، والبيئة التي يستخدم فيها النظام ، ومتطلبات الدقة ، والقيود الحرارية / الطاقة ، وعامل الشكل ، والطاقة القضايا. تجدر الإشارة إلى أن الغالبية العظمى من أنظمة ToF الموجية المستمرة المستخدمة على نطاق واسع في السوق اليوم تستخدم مستشعرات CMOS ، بينما تستخدم أنظمة ToF النبضية مستشعرات غير CMOS (بشكل أساسي CCDs).
تعمل الواجهة الأمامية التناظرية عالية الأداء على حل التحديات التقنية الرئيسية لتطبيقات ToF
تقنية ADI’s ToF هي عبارة عن نظام ToF CCD نابض يستخدم تقنية ToF CCD عالية الأداء ويدمج ADC 12 بت ، ومعالج عمق (يعالج إشارات الصور التناظرية الأولية من CCD إلى بيانات العمق / البكسل) ، ودقة عالية مولد ساعة (لـ ADDI9036 للمعالجة التناظرية لـ TOF للواجهة الأمامية CCD وتوقيت محرك توليد الليزر). تدعم نواة التوقيت الدقيقة لمولد التوقيت ضبط خرج الساعة و LD بدقة 174 ps تقريبًا بتردد ساعة 45 ميجا هرتز.
مخطط الكتلة الوظيفية لنظام ADI ToF
بالمقارنة مع الحلول الأخرى ، يتمتع نظام ADI’s ToF بالمزايا التالية: أولاً ، يستخدم مستشعر صورة ToF بدقة 640 × 480 ، وهو أعلى 4 مرات من معظم حلول ToF الأخرى في السوق ؛ ثانيًا ، مستشعر حساس للغاية لطول الموجة 940 نانومتر المستخدمة.
نعلم جميعًا أن الضوء المحيط يمكن أن يقلل بشكل كبير من نسبة الإشارة إلى الضوضاء للإشارات المنعكسة ، خاصة في الإضاءة المحيطة القوية. أصبحت أشعة الليزر 940 نانومتر شائعة لأن هذا الطول الموجي يحتل مكانًا في طيف ضوء الشمس ، حيث يكون حجم تدفق الفوتون منخفضًا نسبيًا. يستخدم نظام ADI ToF ToF CCD حساسًا للضوء 940 نانومتر ، لذلك يمكنه جمع المزيد من الإشارات الصالحة في البيئات الخارجية أو المناطق ذات الإضاءة المحيطة القوية. تُظهر الصورة أدناه مثالاً حيث يتم قياس المسافات في الهواء الطلق باستخدام ثلاثة أنظمة مختلفة لقياس العمق. والجدير بالذكر أن نظام CMOS ToF الذي يستخدم مصدر ضوء 850 نانومتر يواجه صعوبة في تمييز الشخص عن حامل ثلاثي القوائم ، في حين أن نظام ADI’s CCD ToF يمكنه التمييز بوضوح بين الاثنين.
مقارنة خرائط العمق للصور الخارجية
ختاماً
يمكن لتقنية مستشعر ToF أن تعرض بدقة ضوء الليزر المتحكم فيه الذي لا يدوم سوى بضع نانو ثانية ، والذي ينعكس بعد ذلك من المشهد إلى مستشعر صورة عالي الدقة ، مما يعطي تقديرًا للعمق لكل بكسل في مصفوفة الصورة هذه. أصبحت كاميرات ToF هي الطريقة المفضلة لقياس العمق نظرًا لعامل الشكل الأصغر ، ونطاق الاستشعار الديناميكي الأوسع ، والقدرة على العمل في مجموعة متنوعة من البيئات. تقوم ADI بتصميم وإنتاج وتسويق خط إنتاج جديد يتضمن أجهزة تصوير ثلاثية الأبعاد ToF وبرامج تشغيل ليزر وبرامج وأنظمة أعماق قائمة على الأجهزة والتي ستوفر أفضل دقة عمق في السوق بدقة تصل إلى ملليمتر. على وجه الخصوص ، ستوفر منتجات CMOS ToF القائمة على تقنية Microsoft Azure Kinect حلولاً رائدة لمجموعة واسعة من الجماهير في الصناعة 4.0 ، والسيارات ، والألعاب ، والواقع المعزز ، والتصوير الحاسوبي ، وتصوير الفيديو.