Eine Idee die mir kam: Lichtgeschwindigkeit: 300 *10^6 m/s t für 30m = 100ns t für 9m = 30ns Fpga-Taktfrequenz = ~600 MHz -> T= ~1,67ns Highspeed-Pmod -> zu langsam aber Mipi Csi-2 Pcam-Port: Line Rate (Data Rate per Lane) = 1.485 Gbps/2-lane = 742.5 Mbps MIPI Bit Clock Frequency = 742.5/2 = 371.25 MHz -> schnell genug Das und die angehängte Paint-Zeichnung erkären meinen Gedanken kurz und bündig denke ich. Vorstellen würde ich mir das vielleicht in die Richtung, dass die Pcam-Port-Geschichte mit 2 Leitungen betrieben wird, die jeweils mit einem der beiden Sensoren so verschaltet sind, dass eine 1 anliegt, sobald ein Laserstrahl auftrifft. Aus der zeitlichen Differenz.... Würde es sich lohnen, sich das Projekt als Fernziel zu setzen? Falls ja, wo würdet ihr die größten Hürden festmachen? Oder wäre soetwas selbst für erfahrene Professionals eine Herausforderung oder eher sogar kompletter Blödsinn? Zweifeln tu ich ein wenig daran, dass sich ein Pcam-Port so einfach als Ultra-Highspeed-Pmod-Port missbrauchen lässt. Die Reaktionszeit von günstigen Lasersensoren, könnte ich mir vorstellen, ist vielleicht ein weiterer Knackpunkt (oder würdens da solche Arduino-Lasersensoren tun?). Vielleicht wäre ein FPGA hier auch völlig fehl am Platz weil die Zeitdifferenz anders rein analogelektronisch zu messen nur Murks sein kann... ...ich weiß es nicht und was ich mit Google finde ist alles augenscheinlich eher auf Physikernivaeu Dr.-Stufe. Was denkt ihr dazu?
Angehängte Dateien:
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laserentfernungfpga.png
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Und welche neue physikalische Erkenntnis soll bei einer solchen Geräteentwicklung herauskommen? Nebenbei, solche Geräte existieren schon seit wievielen Jahren? Aber rein aus Elektrotechnischer Sicht durchaus interessant.
Du suchst nach "time to digital" und findest sowas https://www.ohwr.org/projects/tdc-core/wiki Damit wäre das schon fertig... ? Das analoge Frontend (Ansteuerung des Lasers bzw. Einlesen des reflektierten Licutsimpulses) ist also die eigentliche Herausforderung.. Friedemann F. schrieb: > was ich mit Google finde ist alles augenscheinlich eher auf > Physikernivaeu Dr.-Stufe. Such mal nach /tdc FPGA board Aachen/
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Mathias B. schrieb: > Und welche neue physikalische Erkenntnis soll bei einer solchen > Geräteentwicklung herauskommen? Nebenbei, solche Geräte existieren schon > seit wievielen Jahren? > Aber rein aus Elektrotechnischer Sicht durchaus interessant. Nein, eine Erfindung soll es nicht sein :)
Lothar M. schrieb: > Du suchst nach "time to digital" und findest sowas > https://www.ohwr.org/projects/tdc-core/wiki > Damit wäre das schon fertig... ? > > Das analoge Frontend (Ansteuerung des Lasers bzw. Einlesen des > reflektierten Licutsimpulses) ist also die eigentliche Herausforderung.. > > Friedemann F. schrieb: >> was ich mit Google finde ist alles augenscheinlich eher auf >> Physikernivaeu Dr.-Stufe. > Such mal nach /tdc FPGA board Aachen/ Oha. Danke. Das scheint allerdings ein Stichwort zu sein, TDC. Klasse! Falls es jemanden interessiert, ich habe hier direkt eine Bachelorarbeit dazu gefunden - scheint entsprechend vergleichsweise verständlich zu sein. https://www.institut3b.physik.rwth-aachen.de/global/show_document.asp?id=aaaaaaaaaamlexe /edit Hab schneller hochgeladen als nachgedacht, sorry. Falls nicht gerade unnötig Platz belegt werden soll kann die Pdf auch gerne wieder gelöscht werden (Ich selber kanns ja nicht)
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Anderes Stich wort wäre Time of Flight -> TOF . Sowas gibt es auch als Kamera und bestimmt in dieser für jeden Pixel den Abstand zwischen Objekt und Kamera und wird seit Jahren in Spielzeugs verbaut: https://www.heise.de/ct/ausgabe/2014-17-aktuell-Kinect-fuer-Windows-2264919.html http://www.emce.tuwien.ac.at/hipos/HIPOS9.pdf
Noch'n paar Links aus der Forums Vergangenheit: Beitrag "Laser-Entfernungsmessung" Beitrag "Kann man im Femtosekunden Bereich messen?" Beitrag "FPGA basierter Time-to-Digital Converter"
Lothar M. schrieb: > Such mal nach /tdc FPGA board Aachen/ Um den Wettbewerb anzukurbel: Eine Suche nach "Gandalf TDC Freiburg" liefert auch super Ergebnisse. ;-)
- Wie willst du die Pulse bzw. die Modulation erzeugen? Pulslaser? - Wie wird das digitalisiert? Threshold? Vergiss nicht, dass die Menge an Signal die du bekommst quadratisch mit dem Abstand abnimmt, also welchen Threshold auch immer du für 1 Meter wählst wird vermutlich bei 10 Meter nicht mehr gehen. - Analog abtasten hat den Vorteil dass du den Peak subsampeln kannst und dadurch bessere Genauigkeit erreichst. - Der 2. halbdurchlässige Spiegel ist schlecht, weil er einen Teil des Signals verliert, aber das Optikdesign muss man eh nochmal überdenken ;)
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Moin, einfache Impulsmessung reicht nicht, du musst schon ein Lock-In-Verfahren wie bei den gängigen TOF-Sensoren anwenden. Und passende Lichtquelle finden plus Ansteuerung hinbekommen, dass du mit um die 20MHz modulieren kannst, dein ausgewählter Phototransistor sollte die Bandbreite natürlich auch etwa abdecken.
Strubi schrieb: > Moin, > > einfache Impulsmessung reicht nicht, du musst schon [...] Sven B. schrieb: > - Wie willst du [...] Es geht mir momentan allein um die Frage der Machbarkeit. Die ist jetzt anscheinend mindestens soweit beantwortet, dass die Idee nicht völliger Blödsinn ist. Ich studiere ET im 3. Semester und möchte ein Projekt für mich privat um dazuzulernen und bei dem Übergewicht an Theorie den Spaß an der ganzen ET-Geschichte nicht zu verlieren. Großes Interesse habe ich für FPGAs und meine Analogelektronikkenntnisse sind noch ziemlich mangelhaft. Was zumindest das beides angeht, kommt mir dieses Projekt ziemlich sinnig vor. Aber das wie und was und womit steht erst ernsthaft zur Debatte, wenn ich weiß, dass das mein Projekt sein wird. Jedenfalls bin ich seit dem ich eure Posts gelesen habe um einiges begeisterter als vorher. Die TDC/TOF-Geschichte wäre ein richtiges FPGA-Kunststück, auf sowas habe ich Lust! Wahnsinnig interessant, was ich ganz grob gesehen habe bis jetzt. Hab aktuell nur komplett keine Zeit aber in ein paar Wochen sieht das anders aus. Ich hoffe unter anderem nur, die nötige Hardware würde sich in einem bezahlbaren Rahmen halten. Ein FPGA- bzw. SoC-Board habe ich zwar (Zybo Z7-20), aber Laser, Spiegel, Sensoren usw. würden sich bestimmt ganz schön läppern... Ich nehme an mit Laserpointer und Arduino-Kit-Lasersensoren würde sich da nicht viel erreichen lassen.... *(?)* FPGA vs. Lichtgeschwindigkeit... voll geil! :)
@TO dein problem ist das analoge frontende wie weiter oben schon erwähnt...alleine einen steilen laserpuls zu erzeugen ist nicht ohne.... es hat schon einen guten grund wieso entfernungsmessungen im low cost bereich per triangulation angefertigt werden... lies dir mal ein paar paper über ToF techniken durch...danach wirst du dir mangels equipment ein anderes projekt suchen.
Friedemann F. schrieb: > Es geht mir momentan allein um die Frage der Machbarkeit. Machbarkeit von was genau? Welche Problemstellung willst Du lösen? Abstandsmessung 1-50m? Mit welcher Genauigkeit?
Moin, kurz gesagt, lass es :D Ich habe sowas mal beruflich gemacht und wenn irgendwas sinnvolles dabei rumkommen soll ist der FPGA Krempel dein geringstes Problem. Wenn es um mehr als ein paar Meter Reichweite geht brauchst du einigermaßen gute Optiken und Pulslaser im mindesten 2 stelligen Watt bereich. Dazu ein analoges Frontend und viel patentierte Technik um daraus auch eine Schaltschwelle zu machen die Sinn macht. Der Dynamikumfang ist riesig und die Bandbreite auch. TDC im FPGA ist kein Problem und wird auch so gemacht, wenns genauer sein darf, nimmt man einfach einen externen wie den AMS GPX2 und schon liegt man bei 2 stelligen ps. Der optische Aufbau wie oben gezeigt ist auch nicht wirklich geeignet. Ich habe solch ein System zu Forschungszwecken schon gebaut und allein der optische Teil ist für Entfernungen > 30m eine Kunst, wenn du nicht ewig viel Pulsleistung am Laser verwenden willst.
Das sehe ich irgendwie etwas weniger kritisch. Vor allem kommt es darauf an, in welcher Zeit du welche Genauigkeit erreichen willst auf welchen Abstand. Wenn du in 10 µs auf 100 Meter 3 mm rms Genauigkeit haben willst, wirst du mit der 5 mW-Laserdiode nicht weit kommen, das ist sicherlich richtig -- dafür braucht's schon eher ein Watt mittlere Leistung oder so. Genügt dir hingegen ein Proof of Concept, so denke ich dass man das für quasi kein Geld aufbauen kann. Ich denke, mit der 5 mW China-Laserdiode für 30 ct, einer 1-Euro-Photodiode, einer Plastiklinse für 10 Euro und ein paar OpAmps für Treiber / Detektor müsste man sich etwas frickeln können, was im Zimmer auf eine weiße Wand 10-20 Meter auf zumindest ein paar cm vermisst. Es gibt ja auch haufenweise Krempel dieser Art, der macht entweder ungefähr was du vorschlägst oder die ältere analoge Variante mit der Sinusmodulation (die aber wenn man genau hinsieht einige Vorteile hat): https://www.robotshop.com/de/de/benewake-tfmini-micro-lidar-modul-12-m.html
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Danke euch allen! Dumdi D. schrieb: > Friedemann F. schrieb: >> Es geht mir momentan allein um die Frage der Machbarkeit. > > Machbarkeit von was genau? Welche Problemstellung willst Du lösen? > Abstandsmessung 1-50m? Mit welcher Genauigkeit? Wenn, dann soll das kein Werkzeug werden. Ich muss 50m nicht gehabt haben, auch nicht einen Meter. Ein paar halt eben, was sich machen lässt. Das Stichwort Proof-Of-Concept, das scummos gerade gegeben hat trifft es wohl auf den Punkt. Lasernder schrieb: > Ich habe sowas mal beruflich gemacht und wenn irgendwas sinnvolles dabei > rumkommen soll ist der FPGA Krempel dein geringstes Problem. > Wenn es um mehr als ein paar Meter Reichweite geht brauchst du [...] > > Ich habe solch ein System zu Forschungszwecken schon gebaut und allein > der optische Teil ist für Entfernungen > 30m eine Kunst, wenn du nicht > ewig viel Pulsleistung am Laser verwenden willst. Du weißt offensichtlich genau wovon du redest, klasse, dass du dich zu Wort meldest. Heißt, was du sagst, im Umkehrschluss, dass bis zu 10m als Bastelarbeit machbar wären? Würdest du scummos Recht geben? ... Sven B. schrieb: > Genügt dir hingegen ein Proof of Concept, so denke ich dass man das für > quasi kein Geld aufbauen kann. Ich denke, mit der 5 mW China-Laserdiode > für 30 ct, einer 1-Euro-Photodiode, einer Plastiklinse für 10 Euro und > ein paar OpAmps für Treiber / Detektor müsste man sich etwas frickeln > können, was im Zimmer auf eine weiße Wand 10-20 Meter auf zumindest ein > paar cm vermisst. Mit einem solchen Equipment ein solches Ergebnis... Das wäre der Optimalfall. Ich denke wir werden Bescheid wissen, sobald sich Lasernder zurückmeldet. TestX schrieb: > dein problem ist das analoge frontende wie weiter oben schon > erwähnt...alleine einen steilen laserpuls zu erzeugen ist nicht ohne.... > es hat schon einen guten grund wieso entfernungsmessungen im low cost > bereich per triangulation angefertigt werden... lies dir mal ein paar > paper über ToF techniken durch...danach wirst du dir mangels equipment > ein anderes projekt suchen. Gut möglich, dass du im Endeffekt Recht behalten wirst. Ich bin jetzt mal erst noch gespannt, was Lasernder antworten wird -ob kurze Distanzen +- mehrere cm machbar sein könnten
TestX schrieb: > @TO > > dein problem ist das analoge frontende wie weiter oben schon > erwähnt...alleine einen steilen laserpuls zu erzeugen ist nicht ohne.... > es hat schon einen guten grund wieso entfernungsmessungen im low cost > bereich per triangulation angefertigt werden... So ganz nachvollziehen kann ich diese Sichtweise immer noch nicht. Natürlich ist das alles nicht trivial, aber es gibt ja Module in der 50-Euro-Preisklasse, die nach einem ähnlichen Verfahren arbeiten. Klar: der betriebene Aufwand kann für so ein System beliebig erhöht werden, und dann wird auch das Ergebnis entsprechend besser. Ich habe beruflich auch schon an so etwas gearbeitet, und was man da mit 100 mW Laserleistung erreicht, ist schon jedenfalls mehrere Größenordnungen über dem, was hier gewünscht wird.
Passt vielleicht nicht so ganz zum Thema, aber ich habe gestern bei Netto einen Stabförmigen Laser Entfernungsmesser für 19,99€ gesehen. Die gibt es heute öfter mal irgend wo, meist 30m +-1,5mm. Bei diesem sind jedoch 10m +-6mm angegeben. Könnte es sein, dass der ein anderes Messverfahren als die anderen verwendet? So eine grosse Abweichung habe ich noch nie gesehen.
Die verwenden eigentlich immer dasselbe Messverfahren, das Licht wird mit einem Sinus moduliert und dann die Phasenverschiebung zwischen ausgehend und eingehend bestimmt. Die Genauigkeit wird bestimmt durch Messdauer, Laserleistung, Empfindlichkeit des Detektors, Größe der Empfangsoptik und Modulationsfrequenz; wenn du irgendwelche dieser Parameter änderst, wird es halt anders. Außerdem muss man immer überlegen was "+- 6 mm" überhaupt bedeutet. Ist das jetzt ein 1-Sigma statistischer Fehler auf eine Einzelmessung? Oder 3 Sigma? Oder ist da ein systematischer Fehler mit drin? Die meisten Geräte haben z.B. Probleme mit spiegelnden Oberflächen. Je nach dem kann man da für dasselbe Gerät auch sehr unterschiedliche Werte hinschreiben.
Übrigens, wenn Ihr mal ein Experiment machen wollt: Mit einem einfachen Rigo1052 kann man die Phasenverschiebung aufgrund der Geschwindigkeit in zwei unterschiedlich langen Kabeln sehen.
Ich unterschreibe mal Svens Aussagen mit. Die des Lasernden oben eher weniger, denn man braucht für sowas keinen Pulslaser. Ich habe mit Billigoptik von Ebay, nem Chinamodul <20 mW (ex-Grün-Laser mit abgeklopptem Kristall) und einer vernünftigen Laseransteuerung (die4drive) ganz gute Ergebnisse rausbekommen. Aber Warnung: mit dem IR muss man aufpassen, ohne IR-sensitive Kamera würde ich davon die Finger lassen, denn man weiss nie genau, was bei den (abgekloppten) Modulen genau an Leistung rauskommt.
pegel schrieb: > Passt vielleicht nicht so ganz zum Thema, aber ich habe gestern bei > Netto einen Stabförmigen Laser Entfernungsmesser für 19,99€ gesehen. Hmm, ich war gestern auch bei Netto. Im Werbeprospekt stand "Laser", auf der Verpackung stand "Ultraschall". > Bei diesem sind jedoch 10m +-6mm angegeben. Das spricht auch für Ultraschall. Das geht prinzipbedingt nicht genauer.
Nur zur Klarstellung: die handelsüblichen Laserentfernungsmesser < 1000€ arbeiten alle per Lasertrinangulation - das hat NICHTS mit ToF zu tun...
Da hier gerade die verschiedenen optischen Entfernungsmessverfahren diskutiert werden, habe ich diese mal bzgl. ihrer Eigenschaften und Anwendungsfeldern gegenübergestellt. Wenn ich das richtig sehe, hat sich der TE aber bereits für eines davon, nämlich die (Puls-)Laufzeitmessung, entschieden. Für die anderen beiden Verfahren macht der Einsatz eines FPGA auch wenig Sinn, da dort an den Digitalteil nur geringe Geschwindigkeitsanforderungen gestellt werden, so dass dafür ein gewöhnlicher Mikrocontroller völlig ausreicht. Triangulationsmessung: - schnell - Messfehler steigt etwa quadratisch mit der Entfernung -> für kleine Entfernungen sehr genau (Zehntelmillimeterbereich), für große ungenau - Verbesserung der Genauigkeit durch Vergrößerung des Abstands zwischen Sender und Empfänger möglich -> für genaue Messungen großer Entfernungen unhandlich - Einfache Elektronik, preisgünstig - Anwendungsbeispiele: - preisgünstige Laserscanner für Entfernungen bis ein paar Meter - 3D-Kameras auf der Basis von strukturiertem Licht Phasendifferenzmessung: - relativ langsam - ziemlich genau bei langer Messdauer (Millimeterbereich bei 0,5s) - Messergebnis wegen der Periodizität des modulierten Signals u.U. mehrdeutig -> Gefahr grober Fehlmessungen - Aufwendigere Elektronik, aber dank integrierter Schaltungen in größeren Stückzahlen inzwischen dennoch preisgünstig - Anwendungsbeispiele: - (1D-)Entfernungsmesser für den Bau - 3D-Kameras (so genannte ToF-Kameras) (Puls¹-)Laufzeitmessung: - schnell - nur mäßig genau (Zentimeterbereich) - Aufwendige Elektronik, meist teurer als die beiden anderen Verfahren - Anwendungsbeispiele: - teurere Laserscanner für Entfernungen bis ein paar zehn Meter - ganz selten 3D-Kameras - Friedemanns Projekt ;-) Und dann gibt es noch Ultraschallentfernungsmesser mit Zielvorrichtung per Laserpointer, die mitunter ebenfalls als Laserentfernungsmesser angepriesen werden ;-) ————————————— ¹) Der Zusatz "Puls" wurde zur Abgrenzung zur Phasendifferenzmessung eingeführt, die in jüngerer Zeit aus Marketinggründen (nicht ganz korrekterweise) vermehrt ebenfalls als Laufzeit-, Time-of-Flight- bzw. ToF-Messung bezeichnet wird.
Harald W. schrieb: > Das spricht auch für Ultraschall. Ich denke dann würde bei 10m eher 6cm zu erwarten sein. Hier ist das Teil: https://www.netto-online.de/p/laser-distanzmesser/2017951000/
pegel schrieb: > Harald W. schrieb: >> Das spricht auch für Ultraschall. > > Ich denke dann würde bei 10m eher 6cm zu erwarten sein. > > Hier ist das Teil: > > https://www.netto-online.de/p/laser-distanzmesser/2017951000/ Ja, die beiden unterschiedlich großen Öffnungen (die kleine für den Laser und die große für das Empfängerobjektiv) sprechen für ein optisches Messverfahren. Hier ist ein anderes Gerät in derselben Preisklasse, das angeblich sogar 40m mit einem Fehler von nur ±2mm misst: https://www.amazon.de/dp/B077T5VDYN Allerdings meint einer Rezensoren, Messungenauigkeiten von 5 bis 8cm festgestellt zu haben. Evtl. bekommt man für den sonst üblichen Preis solcher Geräte von ca. 80€ an aufwärts doch eine etwas höhere Qualität :)
Vor ca. einem Jahr habe ich mir diesen im Action Markt für 14,95€ geholt: https://www.bol.com/nl/p/laser-afstandsmeter/9200000093434242/ Damit habe ich mehrere Latten mit 3,30m Länge zugeschnitten. Bei den ersten beiden habe ich noch mit Zollstock nachgemessen, ich konnte mich aber nicht entscheiden welche Messung genauer war. ;)
pegel schrieb: > Damit habe ich mehrere Latten mit 3,30m Länge zugeschnitten. > Bei den ersten beiden habe ich noch mit Zollstock nachgemessen, ich > konnte mich aber nicht entscheiden welche Messung genauer war. ;) Da Zollstöcke wohl mindestens 100 Jahre alt sind, würde ich da nicht viel Genauigkeit erwarten...
Harald W. schrieb: > Da Zollstöcke wohl mindestens 100 Jahre alt sind, würde ich > da nicht viel Genauigkeit erwarten... Och, das Vereinigte Königreich dürfte noch genug produzieren, erst recht nach dem Brexit und der e-ruler von PCB-Schnitzer ist genaugenommen auch ein Zollstock: https://antonioluppi.wordpress.com/2017/11/01/pcb-rulers/
Yalu X. schrieb: > Phasendifferenzmessung: > - relativ langsam > - ziemlich genau bei langer Messdauer (Millimeterbereich bei 0,5s) Dem widerspreche ich. Die Phasendifferenzmessung ist nicht grundsätzlich irgendwie langsamer als Pulslaufzeitmessungen. Eher das Gegenteil ist der Fall. Aber günstige Geräte verwenden bevorzugt dieses Verfahren, daher kommt wohl der Eindruck. > - Messergebnis wegen der Periodizität des modulierten Signals u.U. > mehrdeutig -> Gefahr grober Fehlmessungen Ok, aber man verwendet (in quasi jedem Gerät) mehrere Phasen. Grobe Fehlmessungen sind immer noch denkbar, aber recht unwahrscheinlich. > - 3D-Kameras (so genannte ToF-Kameras) Hm, also das "ToF" steht für "Time of flight". Das ist genau das, was nicht das Phasenmessverfahren ist ;) > (Puls¹-)Laufzeitmessung: > - schnell > - nur mäßig genau (Zentimeterbereich) Je nach dem wie man es macht. Pauschal kann man das nicht sagen. Es stimmt aber, dass man für höhere Genauigkeiten durchaus etwas Aufwand treiben muss. Sub-Millimeter-Genauigkeit ist aber auf jeden Fall problemlös technisch möglich. > - Anwendungsbeispiele: > - teurere Laserscanner für Entfernungen bis ein paar zehn Meter Nein, insbesondere wird dieses Verfahren angewendet für Laserscanner mit eben größerer Entfernung, insb. für Geräte in Flugzeugen, die den Boden scannen, dann auch oft mit mehreren km Reichweite. Ein wichtiger Punkt wurde übrigens noch gar nicht genannt: die Mehrdeutigkeit ist nicht nur bezüglich der Distanz, sondern auch bezüglich der Objektgeometrie. Mit Objekten wie z.B. einem Drahtgitterzaun kommt ein Phasenmessgerät überhaupt nicht zurecht, während das Puls-Messverfahren korrekt den Ort des Drahtes und den Ort des dahinterliegenden Objekts bestimmen kann.
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Sven B. schrieb: > Yalu X. schrieb: >> Phasendifferenzmessung: >> - relativ langsam >> - ziemlich genau bei langer Messdauer (Millimeterbereich bei 0,5s) > > Dem widerspreche ich. Die Phasendifferenzmessung ist nicht grundsätzlich > irgendwie langsamer als Pulslaufzeitmessungen. Eher das Gegenteil ist > der Fall. Warum? Eine Messung der Distanz s kann Pulslaufverfahren theoretisch in der Zeit 2s/c plus etwas Zeit für die anschließende Signalauswertung stattfinden. Das Phasenverfahren wäre genauso schnell, wenn man nur eine einzige Signalperiode auswerten würde. Mit der üblichen Mischermethode benötigt man aber viele Perioden für eine zuverlässige Phasendetektion und somit auch ein Vielfaches der Zeit. > Aber günstige Geräte verwenden bevorzugt dieses Verfahren, > daher kommt wohl der Eindruck. Bei Laserscannern, wo eine hohe Messrate der Einzelmessungen essentiell ist, findet man praktisch nur Pulslaufzeit (bei den teuren, bspw. von Sick) und Triangulation (bei den billigen). Phasenmessung findet man hauptsächlich in den in den 1D-Mesgeräten für den manuelen Gebrauch, wo die Messzeit keine große ROlle spielt sowie in den 3D-Kamers die üblicherweise eine Messrate von maximal 60Hz haben, was immer noch recht langsam ist. >> - Messergebnis wegen der Periodizität des modulierten Signals u.U. >> mehrdeutig -> Gefahr grober Fehlmessungen > > Ok, aber man verwendet (in quasi jedem Gerät) mehrere Phasen. Meinst du mehrere Phasen oder mehrere Frequenzen? >> - 3D-Kameras (so genannte ToF-Kameras) > > Hm, also das "ToF" steht für "Time of flight". Das ist genau das, was > nicht das Phasenmessverfahren ist ;) Deswegen ja der Zusatz "so genannte" und die Fußnote in meinem obigen Beitrag :) >> - Anwendungsbeispiele: >> - teurere Laserscanner für Entfernungen bis ein paar zehn Meter > > Nein, insbesondere wird dieses Verfahren angewendet für Laserscanner mit > eben größerer Entfernung, insb. für Geräte in Flugzeugen, die den Boden > scannen, dann auch oft mit mehreren km Reichweite. Da habe ich mich schlecht ausgedrückt. Triangulation wird meist für Laserscanner geringer Reichweite (bis einige Meter), Pulslaufzeit für größere Entfernungen. Die Limitierung auf einige zehn Meter war natürlich Quatsch und nicht explizit beabsichtigt. Sie rührt vielmehr daher, dass ich mit keinen Anwendungen mit größeren Distanzen zu tun habe ;-)
Yalu schrieb >(Puls¹-)Laufzeitmessung: >- Anwendungsbeispiele: Hauptanwendungsgebiete: - Industrieautomatisierung - Automotive-Lidar Systeme - sämtliche Autobahnmautbrücken sind mit Laserscannern für die 3D-Volumenmessung ausgestattet
TOF-Lidar: https://interestingengineering.com/tiny-lidar-sensor-designed-by-makers-for-makers https://www.st.com/en/imaging-and-photonics-solutions/vl53l0x.html https://www.seeedstudio.com/catalogsearch/result/index/?q=lidar
Yalu X. schrieb: > Sven B. schrieb: >> Yalu X. schrieb: >>> Phasendifferenzmessung: >>> - relativ langsam >>> - ziemlich genau bei langer Messdauer (Millimeterbereich bei 0,5s) >> >> Dem widerspreche ich. Die Phasendifferenzmessung ist nicht grundsätzlich >> irgendwie langsamer als Pulslaufzeitmessungen. Eher das Gegenteil ist >> der Fall. > > Warum? Eine Messung der Distanz s kann Pulslaufverfahren theoretisch in > der Zeit 2s/c plus etwas Zeit für die anschließende Signalauswertung > stattfinden. > Das Phasenverfahren wäre genauso schnell, wenn man nur eine > einzige Signalperiode auswerten würde. Da reden wir jetzt bei den Entfernungen von einigen 10 Metern, von denen hier die Rede war, von Punktraten > 5 MPts/s. Das sind selbst im sehr teuren Geräte-Preissegment die High-End-Specs, wenn überhaupt. Dazu spielt das in der Praxis kaum eine Rolle; das ist nur für eine Einzelmessung relevant. Wenn du scannst, musst du ja nicht warten, bis das Signal vom vorherigen Scanpunkt wieder beim Scanner angekommen ist, bevor du das für den nächsten Messpunkt losschickst. Das gilt für beide Verfahren. Wann will man schon eine einzelne Messung machen, die dann aber in < 100 ns? > Mit der üblichen Mischermethode > benötigt man aber viele Perioden für eine zuverlässige Phasendetektion > und somit auch ein Vielfaches der Zeit. Dafür aber kannst du einen großen Teil der Energie für die Feinphase verwenden. Beim Pulsverfahren ist das Spektrum des Pulses relativ festgelegt, und ein großer Teil geht für die Eindeutigkeit drauf (weil es spektrale Komponenten mit niedriger Frequenz sind, die nicht sinnvoll zur Genauigkeit beitragen). Prizipiell kannst du mit dem Phasenverfahren bei gleicher verfügbarer Laserleistung und Bandbreite schneller mit der gleichen Genauigkeit messen. > Bei Laserscannern, wo eine hohe Messrate der Einzelmessungen essentiell > ist, findet man praktisch nur Pulslaufzeit Ist das so? Das Institut, an dem ich mal arbeitete, baut seit Jahrzehnten Scanner im sechsstelligen Preissgement und Punktraten im MHz-Bereich für Reichweiten > 100 Meter, ausschließlich mit Phasenmessverfahren. >> Ok, aber man verwendet (in quasi jedem Gerät) mehrere Phasen. > > Meinst du mehrere Phasen oder mehrere Frequenzen? Ich meinte mehrere Frequenzen.
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>Friedemann F. schrieb: > was ich mit Google finde ist alles augenscheinlich eher auf > Physikernivaeu Dr.-Stufe. Ja. Genau so ist es. Die elektrischen Pulse gibt's auch nicht geschenkt. Daher .. Lass es. Das wird nichts.
'ehajo' hat mal ein Teil von Bosch zerlegt, und etwas dazu erläutert: https://www.youtube.com/watch?v=q8y9934ebN8
Hier gibt's eine Bauanleitung zum TOF-LIDAR selber basteln: https://hackaday.io/project/163501-open-source-lidar-unruly
Hier gibt es ein interessantes Teardown zu einem Laserentfernungsmodul der billigeren Bauart. Insbesondere der russische Artikel, der per Google-Translate-Link als englische Übersetzung bereitsteht, ist sehr lesenswert: https://hackaday.com/2018/05/22/hacking-a-cheap-laser-rangefinder/ Vielleicht hilft das in irgendeiner Form, wenn nicht bitte ignorieren. Übrigens kann man Laser Distanz Geräte mal gegen glänzende schwarze Pappe (typisch an Produktverpackungen zu finden) testen, da kommt man auf "verblüffende" Resultate. Hat man dem billigen Lasermeter vorher noch eine gute Genauigkeit zugetraut nimmt man nach diesem Test evtl. doch wieder den Zollstock (ja, ich sage Zollstock, bitte keine Belehrung). 5..10mm schwankende Messergebnisse sind da durchaus drin. Gute Lasermeter von Bosch oder Leica können diese Disziplin besser. Den genauen Hintergrund kenne ich leider nicht.
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Harald A. schrieb: > Den > genauen Hintergrund kenne ich leider nicht. Der Hintergrund ist dass ein halbwegs ordentliches Schwarz ca. einen Faktor 30-50 weniger Licht reflektiert als Weiß, und damit entsprechend weniger Signal zur Verfügung steht; und dass zusätzlich noch spiegelnde Objekte ganz besonders schlecht sind für Laserscanner, weil sie das Licht (wenn die Oberfläche nicht ganz genau senkrecht zum Strahl ausgerichtet ist) gezielt in die falsche Richtung wegreflektieren. Dann wird die Messung noch schlechter, weil noch weniger Licht (-> schlechteres Signal-zu-Rausch-Verhältnis) da ist. Kannst ja mal einen Spiegel probieren: dann misst der Scanner nicht den Abstand zum Spiegel, sondern den zur Wand, auf den der Punkt gespiegelt wird. Der Spiegel-Effekt kann bei Phasenscannern auch zusätzlich zum schlechten SNR dazu führen, dass das Ergebnis schlicht systematisch falsch ist, weil ein Teil des Lichts von einem weiter entfernten Objekt kommt (Scanner -> tw. spiegelnde Oberfläche -> Wand -> tw. spiegelnde Oberfläche -> Detektor) und das Ergebnis ist dann der gewichtete Mittelwert der beiden Abstände. Zu erwarten ist meist, dass für leicht spiegelnde Oberflächen der gemessene Abstand zu groß ist, während er für eine spiegelnde Oberfläche die senkrecht zum Strahl steht zu klein ist.
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Sven B. schrieb: > Zu erwarten ist meist, dass für leicht spiegelnde Oberflächen der > gemessene Abstand zu groß ist, während er für eine spiegelnde Oberfläche > die senkrecht zum Strahl steht zu klein ist. Hallo Sven, Danke für die Ausführungen, klingt plausibel. Allerdings ist es so, dass eben Bosch oder Leica die Disziplin gut meistern, Billigheimer dagegen nicht. Bin mir nach Analyse der Geräte relativ sicher, dass auch die besseren Geräte Phasenmessung anwenden. Offensichtliches Merkmal der besseren Geräte ist ein gelegentliches mechanisches Klacken, das bei Temperaturänderungen häufiger wird.
Harald schrieb: > Danke für die Ausführungen, klingt plausibel. Allerdings ist es so, dass > eben Bosch oder Leica die Disziplin gut meistern, Billigheimer dagegen > nicht. Bin mir nach Analyse der Geräte relativ sicher, dass auch die > besseren Geräte Phasenmessung anwenden. Klar. Man kann ja den Detektor durchaus so designen, dass er robuster gegenüber solcher Probleme ist, sprich, einen höhere Dynamikumfang hat. ;) Und ja, die machen sicherlich Phasenmessung, das denke ich auch. Mit Pulsmessung Genauigkeiten im Sub-Millimeterbereich zu bekommen ist momentan noch ein wahnsinniger Aufwand. > Offensichtliches Merkmal der besseren Geräte ist ein gelegentliches > mechanisches Klacken, das bei Temperaturänderungen häufiger wird. Vielleicht ein Relais, was einen Heizer oder TEC zur Temperaturstabilisierung schaltet?
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Friedemann F. schrieb: > Fpga-Taktfrequenz = ~600 MHz -> T= ~1,67ns Die Taktfrequenz sagt nichts über eine TOF oder TOA Messung aus. Wenn man zum Taktzeitpunkt triggern kann, ist es nur eine Frage der Granularität des Taktes, also der PLL-Frequenz = 1.x MHz in Verbindung mit oversampling des Pins. Dann wiederum gelten statistische Verfahren und Berachtungen. Mit FPGAs kann man durchaus auf 50ps genau messen und periodische Signale auf unter 10ps im Nachhinein. Machen wir täglich
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