وبلاگ شرکت در مورد حسگر تصویربرداری سه بعدی ToF تک فوتونی با یکپارچگی بالا VI4310 برای تامین/بازیافت VisionICs

تامین/بازیافت VisionICs VI4310 حسگر تصویربرداری سه بعدی زمان پرواز تک فوتونی با یکپارچگی بالا

در میان پیشرفت سریع فناوری‌های تصویربرداری و فاصله‌یابی سه بعدی، همگرایی تشخیص دیود بهمنی تک فوتونی (SPAD) و تکنیک‌های زمان پرواز مستقیم (dToF) صنعت حسگر را به سمت کوچک‌سازی، مصرف کم انرژی و دقت بالا سوق می‌دهد.شرکت الکترونیک شنژن مینگ‌جیادا، با مسئولیت محدودتامین‌کننده VisionICs' VI4310حسگر تصویربرداری سه بعدی زمان پرواز تک فوتونی با یکپارچگی بالا است. این حسگر، به عنوان اولین حسگر dToF آرایه SPAD با وضوح QQVGA در چین، با طراحی سیستم کاملاً یکپارچه، عملکرد برجسته و سازگاری گسترده، به یک محصول معیار در کاربردهای LiDAR حالت جامد و تصویربرداری سه بعدی تبدیل شده است و پشتیبانی اصلی را برای ارتقاء فناوری در سراسر صنایع متعدد فراهم می‌کند.

【فناوری اصلی VI4310: راه‌حل تمام پشته‌ای یکپارچه شده در یک تراشه】

مزیت رقابتی VI4310 ناشی از طراحی System-on-Chip (SoC) با یکپارچگی بالا است که تمام ماژول‌های تصویربرداری سه بعدی حیاتی را در یک تراشه واحد ادغام می‌کند. این امر اساساً پیچیدگی طراحی سیستم و هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد. این حسگر شامل یک آرایه آشکارساز SPAD با 19 هزار پیکسل (160×120) است که با مدارهای فاصله‌یابی فوق‌العاده دقیق Xinshijie جفت شده است. همچنین الگوریتم‌های بهینه‌سازی دقت فاصله‌یابی متعدد، الگوریتم‌های ضد تداخل نور پس‌زمینه و ماژول‌های پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) و پردازش سیگنال تصویر (ISP) را ادغام می‌کند. این امر امکان خروجی مستقیم داده‌های ابر نقطه‌ای سه بعدی و نقشه‌های عمق را بدون نیاز به کمک ISP خارجی فراهم می‌کند. این امر پردازش کاملاً خودکار را در سراسر زنجیره از تشخیص فوتون تا خروجی داده‌ها به دست می‌آورد.

در طراحی دستگاه‌های فوتوسنتز اصلی، VI4310 برای طول موج‌های نزدیک به مادون قرمز (NIR) بهینه‌سازی تخصصی را انجام می‌دهد و به راندمان تشخیص فوتون (PDE) بیش از 10٪ در طول موج بحرانی 940 نانومتر دست می‌یابد. این امر آن را به قابلیت‌های تشخیص نور کم استثنایی مجهز می‌کند. با بهره‌گیری از حساسیت تشخیص در سطح تک فوتون، حسگر سیگنال‌های فوتون ضعیف را در طول سفرهای رفت و برگشت پالس لیزر ثبت می‌کند. این امر همراه با اندازه‌گیری زمان پرواز با دقت نانوثانیه، به عملکرد فاصله‌یابی در سطح سانتی‌متر دست می‌یابد و زیربنای تصویربرداری سه بعدی با دقت بالا را فراهم می‌کند. علاوه بر این، الگوریتم ضد تداخل یکپارچه تراشه به طور موثر با تداخل نور محیطی قوی مقابله می‌کند. این امر دقت فاصله‌یابی پایدار را حتی در شرایط نور خورشید در فضای باز 100 kLux حفظ می‌کند و بر محدودیت‌های محیطی حسگرهای سنتی غلبه می‌کند.

【تجزیه و تحلیل عملکرد VI4310: پیکربندی معیار برای تعادل دقت، سرعت و مصرف انرژی】

VI4310 در پارامترهای عملکرد خود به دقت چند بعدی دست می‌یابد و هم نیازهای دقت بالای برنامه‌های حرفه‌ای و هم الزامات کم‌مصرف بودن لوازم الکترونیکی مصرفی را برآورده می‌کند. با توجه به مشخصات تصویربرداری، این حسگر از طراحی با وضوح QQVGA با 160×120 پیکسل با مساحت حساس به نور 3900×3000 میکرومتر مربع و گام پیکسل 21.4 میکرومتر (افقی) × 18.8 میکرومتر (عمودی) استفاده می‌کند که امکان خروجی تصاویر سه بعدی دقیق را فراهم می‌کند. نرخ فریم‌ها از تنظیمات قابل برنامه‌ریزی پشتیبانی می‌کنند، با پیکربندی استاندارد 30 فریم در ثانیه و حداکثر افزایش تا 120 فریم در ثانیه، که نیازهای تصویربرداری پویا در زمان واقعی را برآورده می‌کند و امکان تشخیص و ردیابی هدف را در سناریوهای حرکتی با سرعت بالا فراهم می‌کند.

اندازه‌گیری فاصله به عنوان نقطه قوت تعیین‌کننده VI4310 است، با محدوده موثر تا 15 متر. این حسگر به وضوح 0.75 سانتی‌متر دست می‌یابد و دقت را در خطای ±1٪ حفظ می‌کند. در فاصله 5 متری در داخل خانه، خطای ریشه میانگین مربعات (RMSE) فقط 1٪ را ارائه می‌دهد که به طور کامل نیازهای فاصله‌یابی و مدل‌سازی دقیق را برآورده می‌کند. مدیریت مصرف انرژی به ویژه چشمگیر است، با مصرف کل برق (شامل عملکرد الگوریتم‌های DSP و ISP) محدود به 200 میلی‌وات. راه‌حل منبع تغذیه انعطاف‌پذیر 1.5 ولت/3.3 ولت/28.5 ولت آن، سازگاری با دستگاه‌های قابل حمل با باتری را امکان‌پذیر می‌کند. علاوه بر این، حسگر در محدوده دمای کاری -20 درجه سانتی‌گراد تا 65 درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای ذخیره‌سازی -40 درجه سانتی‌گراد تا 105 درجه سانتی‌گراد کار می‌کند و سازگاری محیطی استثنایی را برای اطمینان از عملکرد پایدار در شرایط سخت نشان می‌دهد.

از نظر طراحی رابط، VI4310 از رابط I²C (200 کیلوهرتز) برای پیکربندی حسگر و رابط DVP (75 مگاهرتز) برای خروجی داده‌های ToF استفاده می‌کند. این رویکرد رابط استاندارد شده، سازگاری با دستگاه‌های ترمینال مختلف را ساده می‌کند و ادغام سریع را تسهیل می‌کند. ماژول VM4310 حاصل فقط 22×23×5.5 میلی‌متر اندازه دارد و امکان تعبیه یکپارچه در دستگاه‌های فشرده را فراهم می‌کند.

【سناریوهای کاربردی VI4310: یک فعال‌کننده بین‌صنعتی】

VI4310 با بهره‌گیری از نقاط قوت اصلی خود یعنی یکپارچگی بالا، مصرف کم انرژی و دقت بالا، در بخش‌های متعددی از جمله لوازم الکترونیکی مصرفی، سیستم‌های خانه هوشمند، رانندگی خودکار و رباتیک کاربرد پیدا کرده است. این حسگر به یک جزء محوری برای پیشبرد ارتقاء هوشمند در سراسر این صنایع تبدیل شده است.

در لوازم الکترونیکی مصرفی، VI4310 راه‌حل‌های تصویربرداری سه بعدی با عملکرد بالا را برای تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها و دستگاه‌های مشابه ارائه می‌دهد و برنامه‌هایی مانند فوکوس خودکار لیزری برای دوربین‌ها، تشخیص چهره و تعامل AR/VR را فعال می‌کند. اندازه جمع و جور و مصرف کم انرژی آن کاملاً با الزامات طراحی دستگاه‌های تلفن همراه مطابقت دارد، در حالی که دقت فاصله‌یابی در سطح سانتی‌متر آن، ادغام دقیق اشیاء مجازی با محیط‌های دنیای واقعی را در سناریوهای AR تضمین می‌کند و تجربیات تعامل کاربر را افزایش می‌دهد.

در رباتیک خانگی هوشمند و خدمات، VI4310 به عنوان جزء اصلی عمل می‌کند که امکان ناوبری خودکار و درک محیطی را در دستگاه‌هایی مانند جاروبرقی‌های رباتیک فراهم می‌کند. با تولید داده‌های ابر نقطه‌ای سه بعدی در زمان واقعی، ربات‌ها به نقشه‌برداری داخلی با دقت بالا، اجتناب از موانع دقیق و تشخیص دنبال کردن دیوار دست می‌یابند. در مقایسه با حسگرهای ToF سنتی 1 بعدی، قابلیت‌های تصویربرداری سه بعدی آن، سازگاری محیطی و راندمان تمیز کردن یک ربات را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

در رانندگی خودکار، VI4310 پشتیبانی تراشه اصلی را برای سیستم‌های LiDAR حالت جامد فراهم می‌کند. LiDAR حالت جامد به دلیل عدم وجود اجزای چرخشی مکانیکی، قابلیت اطمینان و پایداری بالاتری را ارائه می‌دهد. طراحی یکپارچگی بالا و کم‌مصرف VI4310 دقیقاً نیازهای کوچک‌سازی و عمر باتری طولانی‌تر را در کاربردهای خودرو برآورده می‌کند. سیستم‌های LiDAR مبتنی بر این حسگر، امکان تشخیص محیط جاده‌ای با دقت بالا و برد بلند را فراهم می‌کنند و پشتیبانی داده‌های حیاتی را برای تصمیم‌گیری‌های ایمنی رانندگی خودکار ارائه می‌دهند.

فراتر از این، VI4310 کاربرد گسترده‌ای در نقشه‌برداری و مدل‌سازی، بازرسی صنعتی و سایر حوزه‌ها دارد. مقاومت قوی آن در برابر تداخل نور شدید و عملکرد فاصله‌یابی پایدار، در سناریوهای نقشه‌برداری در فضای باز و تشخیص نقص خط تولید حیاتی است و صنایع مربوطه را به سمت اتوماسیون و دقت سوق می‌دهد.

[ارزش صنعت VI4310: پیشگامی در پیشرفت‌های فناوری سه بعدی ToF داخلی]

در برابر پیش‌زمینه‌ای که بازار جهانی حسگرهای سه بعدی ToF مدت‌هاست تحت سلطه تولیدکنندگان خارجی بوده است، راه‌اندازی VI4310 نشان‌دهنده یک پیشرفت فناوری برای حسگرهای dToF آرایه SPAD با وضوح بالا داخلی است و شکاف قابل توجهی را در این زمینه پر می‌کند. فناوری‌های اصلی آن کاملاً ناشی از تلاش‌های تحقیق و توسعه مستقل Xinshijie است. این شرکت از طراحی آشکارساز SPAD و بهینه‌سازی الگوریتم فاصله‌یابی گرفته تا یکپارچگی کامل تراشه، موانع فناوری جامعی را ایجاد کرده است و تجربه ارزشمندی را برای توسعه مستقل حسگرهای داخلی فراهم می‌کند.

به طور قابل توجه‌تر، طراحی یکپارچه VI4310، مانع هزینه را برای راه‌حل‌های تصویربرداری سه بعدی به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. این امر امکان پذیرش گسترده‌تر LiDAR حالت جامد و دوربین‌های عمق سه بعدی را در دستگاه‌های ترمینال میان‌رده و پایین‌رده فراهم می‌کند و پذیرش گسترده فناوری تصویربرداری سه بعدی را تسریع می‌کند. با گسترش مداوم رانندگی خودکار، رباتیک، AR/VR و سایر صنایع، حسگرهای با عملکرد بالا و مقرون به صرفه مانند VI4310 به اجزای محوری در زنجیره تامین تبدیل خواهند شد. تکامل فناوری و گسترش کاربرد آنها، پیشرفت کل بخش تصویربرداری سه بعدی را بیشتر پیش خواهد برد.

نتیجه:به عنوان یک محصول شاخص از فناوری سه بعدی ToF تک فوتونی با یکپارچگی بالا، VI4310 نه تنها توانایی فنی CoreVision را در تشخیص اپتوالکترونیکی نشان می‌دهد، بلکه الگوی طراحی را برای حسگرهای تصویربرداری سه بعدی نیز دوباره تعریف می‌کند. با پالایش مداوم فناوری، VI4310 و تکرارهای بعدی آن در سراسر زمینه‌های تخصصی‌تر به پیشرفت‌هایی دست خواهند یافت و پیشرانه‌های «بصری» قوی را برای ظهور عصر هوشمند فراهم می‌کنند.