Flugzeitsimulationen in FRED
Die Flugzeiterfassung (ToF) ist eine Schlüsseltechnologie in fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) wie LiDAR und kann auch auf Geräten der Unterhaltungselektronik wie Telefonen verwendet werden. Die Besonderheiten der optischen Einstellungen können je nach Anwendung variieren, aber die Prinzipien sind dieselben - Erfassung der Entfernung durch Messung der Zeit, die das Licht benötigt, um eine Rundreise von einer Quelle zu einem Objekt und eine Rückstreuung zu einem Detektor durchzuführen.
Obwohl optische Software im Allgemeinen auf den räumlichen Bereich beschränkt ist, kann eine Flugzeitberechnung aus der optischen Weglänge konstruiert werden, die Strahlen zurücklegen. In den folgenden Beispielen zeigen wir, wie FRED verwendet werden kann, um dies zu simulieren. Unser erstes Beispiel ist eine unterhaltsame ToF-Messung des Abstands von Schachfiguren auf einem Brett, unser zweites Beispiel ist Automotive LiDAR.
Schachbrett Beispiel
Zunächst nehmen wir einen einfachen Aufbau, der aus einer Quelle (die gleichmäßig in einem Winkel emittiert), einem Schachbrett als Objekt zur Interaktion und Bestimmung der Entfernung und einem Bildgebungssystem besteht, das eine ideale Linse umfasst, die das gestreute Licht auf eine fokussiert Analyseoberfläche kombiniert mit einem Detektor.
Nach dem Verfolgen von 500.000 Strahlen (oben nicht gezeigt) und dem Erfassen des zurückgestreuten Lichts wird die auf dem Detektor erfasste Bestrahlungsstärke unten gezeigt:
In diesem Beispiel haben das Schachbrett und die Figuren einen höheren Grad an Rückstreuung als die Box, in der sie platziert sind, weshalb ihre Bestrahlungsstärke höher ist. Dies ist keine Voraussetzung, sondern macht die Bestrahlungsstärke-Karte für unser Beispiel interessanter.
Zum Extrahieren der ToF-Daten wird die einfache, aber leistungsstarke Skriptfunktion von FRED verwendet. Das Skript filtert den auf der Analyseoberfläche erfassten Strahlensatz auf die kürzeste optische Weglänge (OPL) und erstellt einen Analyseergebnisknoten (ARN) für die Bestrahlungsstärke in dieser Entfernung. Anschließend wird der Strahlensatz vom ursprünglich nächstgelegenen Objekt zum am weitesten entfernt - den interessierenden OPL-Bereich neu filtern und für jeden Schritt eine ARN erstellen. Nachdem für jeden OPL-Bereich eine ARN erstellt wurde, werden diese Ergebnisse in einem zweiten Durchgang wiederholt, um die Leistungswerte bei jedem Entfernungs- / Zeitschritt zu extrahieren und die folgenden interessierenden Elemente aufzuzeichnen.
ToF (Bestrahlungsstärke gegen Zeit)
Beachten Sie, dass die X-Achse die Zeit in Nanosekunden ist. Die Spitzen im rückgestreuten Licht entsprechen den Objekten in der Szene.
Entfernungskarte
Beachten Sie, dass die Falschfarbskala der Abstand in Millimetern ist.
ToF Bestrahlungsfilm
Mit FRED können wir auch einfach eine Reihe von ARNs zu einem Film kombinieren und so die zeitliche Entwicklung der Bestrahlungsstärke auf dem Detektor anzeigen. Wenn wir durch die von unserem Detektor aufgezeichneten Bilder gehen, können wir die Objekte sehen, von denen unsere Quelle zurückstreut.
LiDAR-Beispiel
Die gleiche Methode kann auf komplexere Szenen in größeren Maßstäben angewendet werden, z. B. auf LiDAR für Automobile. In diesem Beispiel wurde eine Straßenszene in FRED mit importierten CAD-Objekten erstellt.
In nur wenigen Minuten der Verarbeitung eines größeren Satzes von 10 Millionen Strahlen können wir die Szenenbestrahlungsstärke erzeugen und Entfernungsinformationen aus unserem Datensatz extrahieren.
Szenenbestrahlung
Entfernungskarte
Beachten Sie, wie die Entfernungskarte die Details im Gebäude am Ende der Straße heraushebt, einschließlich der Person, die in der Ferne zwischen den beiden Autos steht. Als Referenz entspricht das tiefe Rot einem Abstand von ~ 5 m, Indigo ~ 32 m und die Farbschritte einer Auflösung von ca. 30 cm.
Zusammenfassung
Die leistungsstarke Raytrace-Engine, Analysetools und Skripte von FRED bieten alles, was Sie zur Simulation Ihrer Flugzeitsysteme benötigen. Kontaktieren Sie uns, um eine FRED-Demo anzufordern, oder besprechen Sie Ihre Anwendungsanforderungen ausführlicher.