Aplikace Time of Flight senzoru

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá aplikacemi MEMS multizónového Time of Flight senzoru VL53L7CX výrobce STMicroelectronics s důrazem na fúzi dat senzoru s obrazovými daty RGB kamery. Použitý senzor umožňuje paralelní měření vzdálenosti v rozlišení 4x4 zóny s frekvencí až 64 Hz nebo 8x8 zón s frekvencí až 15 Hz a je založen na VCSEL o vlnové délce 940 nm a CMOS SPAD detektoru. Práce popisuje specifické vlastnosti senzoru VL53L7CX, je diskutována kalibrace parazitního přeslechu (crosstalk) a jako hlavní faktory ovlivňující přesnost měření jsou identifikovány odrazivost materiálů, frekvence opakování měření, použité rozlišení a okolní osvětlení. Pro realizaci fúze dat v praktické části práce jsou zvoleny dvě metody, a to fúze transformací perspektivy a fúze projekcí mračna bodů. Práce identifikuje široké možnosti využití samotného ToF senzoru VL53L7CX v méně náročných aplikacích, jako je detekce přítomnosti osob, jednoduché ovládání gesty, nebo využití v automatizaci výroby a v oblasti IoT. Na základě testování fúze dat jsou navrhnuty možné pokročilé aplikace mapování prostředí pro využití v oblasti AR, VR a SLAM.

This bachelor thesis explores possible applications of the VL53L7CX MEMS multi-zone Time of Flight sensor from STMicroelectronics with emphasis on the fusion of sensor data with image data obtained by an RGB camera. The sensor used allows parallel distance measurement at a resolution of 4x4 zones at up to 64 Hz or 8x8 zones at up to 15 Hz and is based on a 940 nm VCSEL and a CMOS SPAD detector. The paper describes the specific characteristics of the VL53L7CX sensor, discusses coverglass crosstalk calibration and identifies material reflectivity, measurement frequency, resolution used and ambient illumination as the main factors affecting measurement accuracy. Two methods of data fusion are selected for implementation in the practical part of this paper, namely fusion by perspective transformation and point cloud projection. The work identifies a wide range of applications for the VL53L7CX ToF sensor itself in less demanding applications such as user presence detection, simple gesture control, or use in manufacturing automation and IoT. Based on the evaluation of data fusion, possible advanced environment mapping applications are proposed for use in AR, VR and SLAM.