ToF

Использование ToF-датчиков для контроля поведения водителей

Автомобильный транспорт с каждым годом становится все сложнее. Благодаря различным датчикам автоматизированные электронные системы не только помогают водителям управлять автомобилем, но и контролируют поведение самих водителей. Данная статья рассказывает об использовании технологии определения времени полета (time-of-flight, ToF) для повышения безопасности и удобства вождения.
1492
В избранное

Автомобильный транспорт с каждым годом становится все сложнее. Благодаря различным датчикам автоматизированные электронные системы не только помогают водителям управлять автомобилем, но и контролируют поведение самих водителей. Данная статья рассказывает об использовании технологии определения времени полета (time-of-flight, ToF) для повышения безопасности и удобства вождения.

В автомобилях применяются различные типы датчиков, однако именно бесконтактные сенсоры играют все более важную роль, поскольку они позволяют зондировать пространство вокруг транспортного средства и обнаруживать окружающие объекты. Кроме того, в последнее время для повышения уровня безопасности особое внимание стали уделять зондированию салона автомобиля и контролю поведения водителя и пассажиров.

Структура ToF-системы

Технология определения времени пролета (ToF) позволяет обнаруживать окружающие объекты, получать информацию об их положении и движении в трехмерном пространстве. Кроме того, с помощью ToF-технологии можно идентифицировать объекты на основе данных об их форме, габаритах и ориентации.

Принцип действия ToF-технологии заключается в измерении времени пролета прямого и отраженного света (рис. 1). В качестве излучателя обычно выступает светодиодная матрица или вертикально излучающий лазер (VCSEL). Как правило, излучатель работает совместно с оптикой, отвечающей за фокусировку луча. Интегральный датчик принимает лучи, отраженные от окружающих объектов, и измеряет силу света.

Блок-схема типовой ToF-системы, состоящей из источника света, приемника света и сопутствующих микросхем

Рис. 1. Блок-схема типовой ToF-системы, состоящей из источника света, приемника света и сопутствующих микросхем

Прямое и косвенное измерение времени пролета

Свет распространяется с известной скоростью. Измерив время пролета света от датчика до объекта и обратно (время пролета прямого и отраженного луча), можно рассчитать расстояние до объекта. Метод, в котором выполняется непосредственное измерение времени с помощью очень точного источника тактирования, называют прямым измерением ToF (direct ToF или dToF). Данный метод является предпочтительным для приложений, работающих на больших дистанциях, например, для лидаров (LIDAR). Как правило, dToF обеспечивает низкое разрешение. Для повышения разрешения требуется сложная и дорогостоящая механическая система сканирования.

Вместо прямого измерения времени пролета, косвенный метод измерения ToF (indirect ToF или iToF) определяет фазовый сдвиг принимаемого сигнала относительно исходного опорного сигнала и на основе этого фазового сдвига рассчитывает расстояние до объекта. Этот метод намного лучше подходит для приложений, требующих высокого разрешения. Более того, благодаря современным пиксельным КМОП-массивам, iToF может генерировать 3D-видео в реальном времени с разрешением QVGA и выше.

iToF комбинирует данные о расстоянии и амплитуде (в оттенках серого), позволяя выполнять сложную идентификацию объектов (например, распознавать людей или предметы) даже при отсутствии цветового контраста между объектом и его окружением. Эти преимущества делают технологию iToF очень перспективной для широкого спектра приложений.

При работе на небольших дистанциях (около 5 м) ToF позволяет идентифицировать объекты. Благодаря этому системы ADAS могут интеллектуально предсказать движения объектов и предпринять необходимые действия. iToF-решения от компании Melexis практически не подвержены влиянию температуры и света, а значит могут использоваться в автомобильных приложениях.

Применение ToF для зондирования салона автомобиля

Одной из основных задач, стоящей перед полностью автономными транспортными средствами, является повышение безопасности дорожного движения. Согласно недавнему отчету NHTSA (Национальное управление безопасностью движения на трассах, США) более 90% всех несчастных случаев происходят из-за ошибок водителей, поэтому автоматическое управление в перспективе должно привести к существенному повышению безопасности дорожного движения. Однако, до тех пор пока серийный выпуск полностью автоматизированных транспортных средств еще не начат, технология iToF может внести существенный вклад в повышение безопасности дорожного движения за счет контроля поведения водителя.

Усталость водителя является серьезной проблемой. С помощью iToF можно распознать смотрит ли водитель на дорогу, как часто он зевает или определить, что он начинает засыпать. Обнаружив такие ситуации и предложив водителю отдых (или даже принудительный отдых) можно предотвратить несчастные случаи и спасти жизни людей. iToF позволяет выявлять другие действия водителя, такие как неправильное удержание рулевого колеса, прием пищи во время вождения или использование мобильного устройства без помощи рук. В таких случаях система также может выдать предупреждение и при необходимости, безопасно остановить транспортное средство.

Подушки безопасности спасли очень много жизней. В настоящее время они являются крайне важной опцией почти для всех транспортных средств. Тем не менее, известны случаи, когда подушки безопасности травмировали пассажиров. Речь идет о пассажирах с младенцами и пожилых людях. ToF-система способна определять физические параметры пассажиров (габариты и вес) и с учетом этих данных подстраивать параметры подушки безопасности. Если пассажира на сиденье нет, то ToF-система может предотвратить срабатывание подушки безопасности.

Многие современные транспортные средства с гибридной силовой установкой запускают двигатель внутреннего сгорания для зарядки аккумуляторов, когда они почти разряжены. Так как ключи зажигания уходят в прошлое, то водитель может по ошибке оставить транспортное средство с включенным зажиганием. В результате при просадке аккумулятора автомобиль автоматически заведется без присмотра. Это потенциально опасная ситуация, особенно в ограниченном пространстве, но ее можно легко предотвратить с помощью ToF-системы, которая обнаружит отсутствие водителя.

Наряду с повышением безопасности ToF-система также способна повысить комфортабельность автомобиля для водителя и пассажиров. Например, данные, получаемые от ToF-системы можно использовать для выполнения автоматических действий, например, подстройки кресел, натяжения ремней безопасности, освещения и конфигурации мультимедийных систем.

По мере того как транспортные средства становятся более сложными, сложнее становятся и человеко-машинные интерфейсы (HMI). Используя ToF-сенсоры и световой проектор можно реализовать проекционную панель управления практически на любой поверхности, что обеспечивает дополнительный комфорт и гибкость.

Новейшая технология ToF

Компания Melexis предлагает второе поколение ToF-чипов: непосредственно ToF-сенсор и сопутствующую микросхему, которая управляет системой и взаимодействует с внешним микроконтроллером.

Основные функциональные элементы ToF-системы второго поколения от Melexis

Рис. 2. Основные функциональные элементы ToF-системы второго поколения от Melexis

Сохраняя тот же компактный корпус 5,5 мм x 6,5 мм и оптический формат, что и у предыдущего поколения микросхем, новый чипсет обеспечивает удвоенную чувствительность и возможность выбора усиления на уровне пикселей, что улучшает эффективность работы при слабом освещении. Использование длины волны 940 нм позволяет системе работать незаметно для человека, что крайне важно в ночное время. Кроме того, в данном частотном диапазоне влияние внешних засветов от естественного освещения оказывается минимальным.

Новый датчик обладает повышенной эффективностью. Он потребляет на 30% меньше энергии, а значит выделяет меньше тепла и позволяет экономить на системе питания. Повышение соотношения сигнал/ шум обеспечивает увеличение радиуса действия на 65% при том же уровне освещенности. Это приводит к дополнительной экономии на источнике света (LED или VCSEL). Кроме того, система также получила поддержку камеры.

Повышение соотношения сигнал/шум позволяет увеличить радиус действия и снизить требования к освещению

Повышение соотношения сигнал/шум позволяет увеличить радиус действия и снизить требования к освещению

Рис. 3а и 3b. Повышение соотношения сигнал/шум позволяет увеличить радиус действия и снизить требования к освещению

Новая функция объединения пикселей позволяет объединять четыре (2x2) или шестнадцать (4x4) пикселей в тех случаях, когда требуется снизить разрешение. Снижение разрешения позволяет сократить объем передаваемых данных и использовать более дешевый хост-процессор.

Перспективы ToF

Использование ToF-технологии для зондирования салона автомобиля позволит производителям транспортных средств соответствовать законодательству, в том числе предложениям NCAP 2025, касающимся функций обнаружения пассажиров, а также повысить комфорт пассажиров.

Компания Melexis разрабатывает ToF-решения уже более десяти лет. Второе поколение ToF-микросхем отличается повышенной производительностью, меньшим энергопотреблением, меньшей стоимостью, что значительно облегчает решение задач, с которыми сталкиваются разработчики.

Источник: https://www.allaboutcircuits.com

Производитель: NV Melexis SA
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
MLX75023RTF-BAA-000-SP
MLX75023RTF-BAA-000-SP
NV Melexis SA
Арт.: 2467282 ИНФО
Поиск
предложений
Сенсорный интерфейс Automotive ToF Companion Chip.
MLX75023RTF-BAA-000-SP
-
Поиск
предложений
MLX75023STF-BAA-000-TR
MLX75023STF-BAA-000-TR
NV Melexis SA
Арт.: 2807130 ИНФО
Доступно: 125 шт. от 1 шт. от 2909,08
Выбрать
условия
поставки
Датчики расстояния ToF Sensor, without cover tape
MLX75023STF-BAA-000-TR от 1 шт. от 2909,08
125 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки

Сравнение позиций

  • ()