Działanie czujnika odległości Sharp GP2Y0A02YK w trudnych warunkach

Witam,
Zastanawia mnie działania czujnika odległości firmy Sharp GP2Y0A02YK (nota katalogowa: http://www.makingthings.com/products/acc_datasheets/data_pdfs/acc_ir_dist_001.pdf).
Posiada on w swojej strukturze podczerwoną diodę laserową odraz linijkę CCD. Linijka CCD obserwuje wiązkę lasera odbijającą się od różnych obiektów. Ciekawi mnie kilka związanych z tym kwestii:

1) jak wiadomo z fizyki ciała idealnie czarne pochłaniają w całości padające na nie promieniowanie świetlne. Wprawdzie w rzeczywistości nie istnieją ciała idealnie czarne ale mimo to ciała czarne też mają podobne właściwości. Doświadczalnie sprawdziłem, że kamera bardzo słabo widzi wiązkę lasera odbitą od czarnej powierzchni. Jak to się więc dzieje, że czujnik Sharpa sobie z tym radzi?
2) Czujnik Sharpa obserwuje świat w podczerwieni. Jednak sytuacja nie jest tak idealna, że jedyną podczerwienią docierającą do linijki CCD jest wiązka lasera. Jeśli w pomieszczeniu jest zastosowane oświetlenie żarowe to do linijki CCD dociera bardzo dużo promieniowania podczerwonego innego pochodzenia niż wbudowany w czujnik Sharpa laser. Tak więc elektronika czujnika ma przed sobą trudne zadanie wydedukowania który piksel linijki CCD jest oświetlony przez promieniowanie lasera odbite od jakiegoś obiektu. Podejrzewam, że wiązka lasera jest kluczowana a czujnik określa co jest wiązką lasera odejmując od siebie obraz z łączonym laserem od obrazu z wyłączonym. Jednak niektórzy ludzie umieszczają czujniki Sharpa na ruchomych platformach obracających się o 360* skanując obszar dookoła siebie. W takiej sytuacji o ile czujnik porównywałby obrazy z włączonym i wyłączonym laserem ze względu na ruch czujnika na platformie te obrazy byłyby względem siebie przesunięte. Jak więc to się dzieje?

Z góry dziękuję za próby rozwiania moich wątpliwości i pozdrawiam
Takaba

Wiązka światła jest modulowana, co pozwala ominąć problem oświetlenia zewnętrznego.

Przetwornik działa na prostej zasadzie.
Odczytywana jest wartość całej linijki, następnie włączany jest laser i ponowny odczyt. Od wartości zmierzonej za drugim razem odejmowana jest pierwsza i wyszukiwany jest punkt ze znaczym wzrostem wartości oświetlenia. Odpowiednie algorytmy wyławiają punkt gdzie laser oświetla linijkę.

Dodatkowo występujeukład regulacji czułości, który ustawia matryce na maksymalną czułość przy oswietleniu zewnętrznym

Jeden pomiar trwa ~40ms, w ciągu sekundy będzie ich koło 25, jeśli głowica będzie obracać się nie za wszysko nie będzie problemu, a jak jest przy zbyt wysokich prędkościach obrotowych trzeba sprawdzić. Niewykluczone że jest zaimplementowany algorytm usuwający ten problem

Dziękuję za wyczerpującą odpowiedz.
A co powiesz na temat słabej widoczności wiązki lasera na czarnych obiektach? Albo inaczej: dlaczego mój webcam nie widzi wiązki lasera padającej na czerny obiekt?

takaba napisał:

Dziękuję za wyczerpującą odpowiedz.
A co powiesz na temat słabej widoczności wiązki lasera na czarnych obiektach? Albo inaczej: dlaczego mój webcam nie widzi wiązki lasera padającej na czerny obiekt?

Z takiego powodu ze twoj webcam jak i 99.9% innych posiadaja filtr (w postaci plastiku przyklejonego do soczewki lub farby naniesionej na soczewke albo bezposrenio na CCD). Gdzies kiedys widzialem stronki z "modingiem" webcamow zeby widzialy w pelni w podczerwieni.

Sanjuro: mój webcam nie ma filtru blokującego IR - wiem bo sam go zdjąłem (tj zrobiłem ten "modding")

Jak patrze na zakres widmowy światła widzialnego i podczerwieni, to wydaje mi się że podczerwieni jest o wiele więcej. Może dioda laserowa działa w dalszej podczerwieni niż pilot od telewizora i w rzeczywistości daje baaardzo silne światło, tylko zbyt dalekie dla webcama?

Dodatkowo przez to że jest modulowane, wydaje się niewidoczne? Poza tym układ odbiorczy ma porządną optykę , skoro 150cm zasięgu nie robi na nim wrażenia.

McRancior: Testowałem nie na laserze z Sharpa tylko na własnym 780nm 90mW. Webcam widzi wiązkę tak jak trzeba Chodzi mi o to, że nie widzi jej na czarnych przedmiotach (na obiektach w innych kolorach jest widoczna).
Dodam, że interesuje mnie to zagadnienie (tj widoczność wiązki lasera na czarnych obiektach) nie tylko w kontekście lasera podczerwonego ale również odnośnie innych długości fali np. czerwonej czy zielonej.

Myśle że to kwestia dobrze dobranej czułości i modulacji, no bo innej możliwości nie ma, jeśli modulacja jest szybka, można zmiany oświetlenia zewnętrznego pominąć. Webcam może mieć ograniczony zakres ustawiania czułości, bo w końcu do czego innego go zrobili, przecież większość webcamów w nocy ślepnie, a są przetworniki którym =>0 lux nie straszne.

Chyba że szarp ma małego krasnoludka w środku, który wyskakuje szybko, mierzy ręcznie i ustawia w środku czujnika potencjometr, tylko pewnie byłby problem z żywotnością tych czujników

W końcu nic nie jest na tyle czarne żeby nic nie odbijało.

Kwestia jest taka, że webcamy ustawiają czułość tak by całość obrazu była odpowiednio widoczna a w tym przypadku chodzi o to by wiązka lasera była dobrze widoczna - te cele mogą ze sobą się kłucić