česky english Vítejte, dnes je neděle 16. červen 2024

Mpix jako jednotka pro 3D snímače iToF. Pět metrů by mohlo stačit

DPS 4/2022 | Články
Autor: Ing. Jan Robenek

Výrobci neustále skloňují nové generace svých zařízení, která musí být intuitivní, chytrá a mnohdy i zcela autonomní. Co k tomu vývojář potřebuje? Společnost STMicroelectronics říká, že sofistikovaný 3D snímač s vysokým rozlišením. A jeden takový hned i nabízí. V době psaní tohoto článku sice jen ve formě vzorků pro vybrané odběratele, nicméně sériovou výrobu má již naplánovanou na druhou polovinu letošního roku. K tomu si rovněž připočtěte referenční návrh, včetně kompletního softwarového balíčku.

Když je 8 × 8 málo

S technologií Time-of-Flight dnes pracujeme zcela běžně a díky miniaturním senzorům také pohodlně. Firma ST má ve své nabídce hned několik prvků, kterým jsme na stránkách DPS Elektronika od A do Z věnovali pozornost již dříve. Vůbec první součástku se 64 zónami měření, VL53L5, která snímanou scénu rozděluje na jednotlivé oblasti, takže má zobrazovací systém k dispozici prostorové informace o scéně s těmi „největšími“ detaily, můžete znát kupříkladu z [1]. Co kdyby se ale nyní bodová matice rozrostla až na 672 x 804 pixelů, tedy 0,54 Mpix?

Obr. 2 a 3  (jpg)

Pro únorovou novinku VD55H1 s chráněným označením FlightSense™ odkazujícím v ST právě na technologii ToF to není žádný problém [2]. Jen zde potřebujeme odlišit pojmy. Senzory VD55H1 mají ve svém názvu zkratku iToF znamenající „Indirect Time-of-Flight“, takže vzdálenosti k předmětům počítají na základě měření fázového posunu mezi odraženým a vyzařovaným signálem. Doplňují tím techniku dToF (od slova „direct“) počítající u signálu odraženého zpátky ke snímači s měřením času. Pro výrobce to pak znamená, že s ohledem na požadavky konkrétní aplikace dokáže vždy nabídnout optimální řešení, třeba i s vysokým rozlišením.

Obr. 1  (jpg)

12bitová data přes 1,5GHz rozhraní

Nízkopříkonový 3D senzor VD55H1 je společně se svým polem 4,6μm pixelů BSI (back-side illuminated, optický formát 1/4") každopádně prvním snímačem svého druhu [3]. Výrobce zde staví na 40nm technologii, se kterou pak dosahuje rozměrů čipu 4,5 × 4,9 mm. Architektura s nízkým vlastním šumem se v kontextu stále menších rozměrů chlubí počtem bodů, kterých je v porovnání se stávajícími snímači VGA o 75 procent více. Vývojáři je mohou nyní využít v oblasti rozšířené reality při mapování místností či skenování předmětů, k vytváření profesionálních efektů bokeh u fotoaparátů, při bezpečnostním ověřování uživatele, který hodlá platit nebo jen odemknout svůj telefon, za účelem obecného řízení přístupu nebo rozpoznávání gest, v soupravách pro virtuální realitu, spotřební elektronice typu robotů apod.

Snímač VD55H1 mapující trojrozměrné povrchy na základě měření vzdáleností k více než půl milionum bodům zvládne v plném rozlišení, kde také počítá s rychlostí 60 fps (možný je i dvojnásobek), detekovat až na vzdálenost pěti metrů, která ale ještě nemusí být zdaleka konečná. Systém s blokovým diagramem na obr. 2 uvažuje modulační frekvenci 200 MHz a v některých režimech dokáže svou spotřebu snížit až pod úroveň 100 mW. Výrobce jej optimalizoval s ohledem na nízké rušení (EMI/EMC), schopnost spolupráce s dalšími prvky a také možnost jednoduché kalibrace. Už víte, kde jej příště použijete i vy?

Odkazy:

[1] STMicroelectronics představuje novou generaci laserově meřicího ToF senzoru VL53L5, https://www.dps-az.cz/soucastky/id:79899/stmicroelectronics-predstavuje-novou-generacilaserove-mericiho-tof-senzoru-vl53l5

[2] Tisková zpráva, https://newsroom.st.com/media-center/pressitem. html/p4429.html

[3] Senzory VD55H1, https://www.st.com/en/imaging-and-photonicssolutions/vd55h1.html