Araç Kabin İçi Güvenliğinde ToF Sensörleri

Gelişen otonom araç teknolojisi beraberinde güvenlik geliştirmelerini de beraberinde getiriyor. Otonom araçlardaki güvenlik sistemleri yol durumu, sürücü durumu ve araç durumu gibi birçok unsurdan gelen geri bildirimler sayesinde çalışıyor. Bu sistemlerden biri olan ToF sensörlerinin araç kabin içindeki kullanımı yazımızın devamında.

A- A+

22.11.2020 tarihli yazı 10799 kez okunmuştur.

Araçlar ve araçlarda kullanılan teknolojiler daha karmaşık hale geldikçe, otomatikleştirilmiş sistemler sürücülere yardımcı olmak için devreye giriyor. Bu sistemler tam kontrolü sağlamak için etkili algılama sistemleriyle birlikte çalışıyorlar. Pek çok farklı algılama sensör türü konuşlandırılırken, temassız algılama, araç ortamının algılanması, nesnelerden kaçınmanın kolaylaştırılması gibi özelliklere dikkat edilir. Bununla birlikte, son zamanlarda güvenlik nedenlerinden ötürü araçtaki yolcuların kabin içi algılanmasına da odaklanılmıştır. ToF (uçuş zamanı) sensörleri bu alanda oldukça yaygın kullanılan algılama sistemlerinden biridir.

Araç Kabininde ToF Algılama Prensibi

ToF algılama, nesnelerin algılanmasına izin verir ve nesnenin üç boyutlu bir alan içindeki konumları ve hareketleri hakkında bilgi sağlar. Ayrıca, nesne şeklini, boyutunu ve yönünü algılayarak nesne tanımlamayı da destekler. ToF algılama teknolojisi, ışığın, sahneyi aydınlatan bir ışık kaynağı üretmek için ışın oluşturan optiklerle birlikte kullanılan bir LED dizisi veya VCSEL cihazı gibi bir ışık kaynağı ile algılanan nesne tarafından yansıtılmasına dayanır. Gelişmiş algılama entegre devresi, menzildeki herhangi bir nesneden yansıyan ışığı algılar ve ölçer.

Şekil 1: Işık kaynağını, sensörü ve yardımcı çipi gösteren tipik bir ToF algılama sisteminin blok diyagramı.

Doğrudan ve Dolaylı ToF

Yansıyan ışığın sensöre ulaşması için geçen süre ölçülerek nesnenin mesafesi hesaplanabilir. Bu yaklaşım "doğrudan ToF" (dToF) olarak bilinir, çünkü zaman direkt olarak çok doğru bir zaman tabanından hesaplanır ve LIDAR gibi uzun mesafelerin söz konusu olduğu uygulamalar için tercih edilir. dToF genellikle düşük çözünürlüklü bir teknoloji olarak kabul edilir ve yüksek çözünürlüklere ulaşmak için karmaşık (ve pahalı) mekanik tarama gerektirir.

Şekil 2: Doğrudan ve Dolaylı ToF Karşılaştırılması

Dolaylı ToF (iToF), mutlak süre kullanmak yerine, bilinen bir referans sinyale olan faz kaymasına dayalı olarak mesafeyi hesaplar. Bu teknik, yüksek çözünürlüklü uygulamalar için çok daha uygundur. iToF, orta ve yüksek çözünürlüklü derinlik ve genlik (gri tonlama) eşlemesini benzersiz bir şekilde birleştirir. Böylece nesneler ve çevre arasında renk kontrastı farkının az olması sonucu ortaya çıkan karmaşık tanımlamaların gerçekleştirilmesine olanak tanır. Bu faydalar iToF'u, diğer teknolojilerin sınırlamaları olduğu birçok ileriye dönük uygulamada çok yararlı kılar.

ToF, yaklaşık 5 m kadar yakın mesafede nesnelerin ve boş alanların tanımlanmasına olanak sağlar. Bu, ADAS (Gelişmiş Sürücü Destek Sistemleri) sistemlerinin bir nesnenin nasıl hareket edebileceğini akıllıca tahmin edebileceği ve uygun önleme eylemini gerçekleştirebileceği anlamına gelir. iToF sistemleri, sıcaklık ve ışıktaki değişikliklerden etkilenmediği için ADAS sistemlerinde kullanılmakta.

ToF Algılama ve Kabin İçi Uygulamalar

Tam otonom araçların nihai hedefine ulaşmasının en önemli adımlarından biri, yol güvenliğini artırmaktır. NHTSA (Ulusal Karayolu Trafiği Güvenliği İdaresi) tarafından yakın zamanda yayınlanan bir raporda, tüm kazaların % 90'ından fazlasının sürücü hatalarından kaynaklandığı tahmin ediliyor, bu nedenle sürücü etmeninin ortadan kaldırılması çok daha güvenli yolculuk ortamı sağlayacak gibi duruyor. iToF sistemleri, sürücüyü ve onun davranışını izleyerek yol güvenliğine önemli bir katkıda bulunabilir.

►İlginizi Çekebilir: Türk Mühendislerden Trafikte Kaza Önleyici Sistem

Sürücü yorgunluğu önemli bir sorundur ve iToF ile elde edilebilen yüksek çözünürlük, sürücünün gözlerinin yolda olup olmadığını, aşırı derecede esnemesini veya gözlerini açık tutmak için mücadele edip etmediğini tespit edebilir. Bu tarz durumların her birini tespit etmek ve bir mola önermek (hatta zorlamak) potansiyel olarak kazaları önleyebilir ve hayat kurtarabilir. Direksiyonu düzgün tutmama, araç kullanırken yemek yeme veya mobil cihazı eller serbest bir şekilde kullanma gibi diğer sürücü davranışları, iToF tarafından tespit edilebilir ve aracı durdurma tarzı bir uyarı verilerek kazalar önlenebilir.

Hava yastıkları birçok hayatı kurtardı ve bugünlerde neredeyse tüm araçlarda kullanılan bir özellik. Bununla birlikte, hava yastıklarının özellikle bebeklerde veya yaşlılarda yaralanmaya veya daha kötüye neden oldukları bazı durumlar oluşmuştur. ToF sistemleri, yolcuların boyutunu ve ağırlığını algılayalarak hava yastığının açılmasını şeklini değiştirebilir. Koltukta yolcu olmaması durumunda ise gereksiz hava yastığının açılmasını önleyebilir.

ToF sistemi araç güvenliğindeki iyileştirmelerin yanı sıra, sürücülerin ve yolcuların yararına kabin içine bir dizi konfor ve rahatlık da ekleyebilir. Örneğin, bir yolcu araca girdiğinde koltuklar hareket ettirilebilir ve emniyet kemerleri yaklaştırılabilir, yolcunun eli eşya bölmelerine yöneldiğinde bu bölmeler aydınlatılabilir veya bilgi-eğlence sisteminin çalışması araçta oturanların sayısı ve konumuna göre değiştirilebilir. Araçlar daha karmaşık hale geldikçe, kokpitteki insan-makine arayüzleri (HMI) daha karmaşık hale gelecektir. Bir ışık projektörü ile birlikte bir ToF sensörü, mevcut herhangi bir yüzeyde bir kontrol paneli görevi görerek daha fazla rahatlık ve esneklik sağlayabilir.

En Yeni ToF Teknolojisi

On yıldan fazla bir süredir ToF çözümleri üzerine çalışan Melexis adlı firma ikinci nesil yonga setini tanıttı. Melexis'in ikinci nesil yonga seti, özel bir ToF sensörü ve sistemi kontrol eden ve harici mikro denetleyici veya serileştirici ile arayüzleri kontrol eden bir yardımcı yonga içeriyor. Yeni yonga seti, önceki nesillerle aynı kompakt 5,5 mm x 6,5 mm paketi ve optik formatı korurken, düşük ışık performansını artıran iki kat hassasiyet ve piksel seviyesi kazanç seçimi sunuyor. Araç kabinlerinde gece çalışması için paha biçilmez olan ve bu dalga boyunda daha düşük güneş ışığı emisyonundan faydalanan 940 nm aydınlatma desteği, sistemin insanlara görünmez bir şekilde çalışmasını sağlamakta.

►İlginizi Çekebilir: Time of Flight(ToF) Sensör Nedir, Nasıl Çalışır?

Yeni sensör öncekinden daha verimli ve % 30 daha az güç gerektiriyor. İyileştirilmiş bir sinyal-gürültü oranı, sistemin aynı aydınlatma seviyesinde %65 daha fazla mesafede veya daha az aydınlatma ile önceki nesillerle aynı mesafede çalışmasına izin veriyor. Bu, LED veya VCSEL'ler gibi ışık kaynaklarıyla ilişkili maliyeti azaltmakta.

Ayrıca yeni bir özellik olan piksel gruplama, daha az çözünürlüğün gerekli olduğu yerlerde dört (2x2) veya on altı (4x4) pikselin birleştirilmesine, veri veriminin azaltılmasına ve daha düşük maliyetli bir ana işlemcinin kullanılmasına izin veriyor.

Araç Tasarımında Kabin İçi ToF Algılama

Kabin içi ToF algılama, araç üreticilerinin, yolcu tespiti ile ilgili NCAP 2025 önerileri dahil olmak üzere gelecek mevzuatı karşılamasına ve aynı zamanda araç yolcularının deneyimini iyileştirmesine olanak tanıyabilir. Melexis, on yıldan fazla bir süredir ToF çözümleri üzerine çalıştı ve yukarıda bahsettiğimiz ikinci nesil çözümü, tasarımcıların karşılaştığı zorlukları önemli ölçüde kolaylaştıracak gelişmiş performans, daha düşük güç kullanımı ve daha düşük sistem maliyeti sağlayarak tasarımcıların işini kolaylaştırabilecek özelliklere sahip.

Kaynak:

► allaboutcircuits.com