ما هو مستشعر ToF؟مزاياه وعيوبه

ما هو مستشعر ToF؟ ماذا يفعل مستشعر ToF؟

لا أعرف ما إذا كنت على دراية بكاشفات السونار ، ولكن وفقا لويكيبيديا ، فإن كاشف السونار هو جهاز إلكتروني يستخدم خصائص الموجات الصوتية التي تنتشر تحت الماء لأداء المهام تحت الماء من خلال التحويل الصوتي الكهربائي ومعالجة المعلومات.
 
ToF تعني وقت الرحلة ، ويعمل مستشعر Tof بشكل مشابه جدا لكاشف السونار. يتم استخدامه لتحديد موقع الأشياء وإجراء قياسات المسافة عن طريق قياس الوقت الذي يستغرقه الضوء ليعكس ذهابا وإيابا من محول الطاقة إلى الجسم. محول ToF هو نوع من محولات الطاقة التي تقيس العمق والمسافة إلى كائن من خلال استخدام وقت الرحلة. في كثير من الأحيان ، تسمى مستشعرات ToF أيضا "كاميرات العمق" أو كاميرات ToF.
 
المكونات الرئيسية لنظام كاميرا ToF

يتكون نظام كاميرا وقت الرحلة من ثلاثة مكونات رئيسية:

1. مستشعر ToF ووحدة الاستشعار:المستشعر هو المكون الرئيسي لنظام كاميرا ToF. إنه قادر على جمع الضوء المنعكس وتحويله إلى بيانات عمق على وحدات البكسل. كلما زادت دقة المستشعر ، كانت جودة خريطة العمق أفضل.
2. مصدر الضوء:تولد كاميرا ToF مصدر ضوء من خلال الليزر أو LED. عادةضوء NIR (بالقرب من الأشعة تحت الحمراء)بطول موجي من 850 نانومتر إلى 940 نانومتر.
3. معالج العمق:يساعد على تحويل بيانات البكسل الأولية وبيانات الطور القادمة من مستشعر الصورة إلى معلومات عميقة. يوفر صورة 2D IR (الأشعة تحت الحمراء) السلبية ويساعد أيضا في تصفية الضوضاء.

 
كيف يعمل مستشعر ToF؟

كما ذكرنا أعلاه ، يقيس مستشعر ToF المسافة بين المستشعر والجسم المراد قياسه عن طريق قياس فارق التوقيت بين انبعاث الضوء وانعكاسه ، فما هي خطوات تحقيق ذلك؟
فيما يلي خطوات مستشعر ToF:

1. الانبعاثات: تنبعث نبضة من الضوء بواسطة باعث ضوء الأشعة تحت الحمراء (IR) المدمج في المستشعر ، أو مصدر ضوء آخر قابل للتعديل (مثل الليزر أو LED).
2. الانعكاس: تلامس نبضة الضوء جسما وتنعكس مرة أخرى على المستشعر. 
3. الكاشف: باستخدام الكاشف المدمج في المستشعر ، يتم قياس الوقت الذي تستغرقه نبضة الضوء للانتقال من الانبعاث إلى لمس الجسم والظهر.
4. حساب المسافة: باستخدام الوقت المقاس للرحلة وسرعة الضوء المعروفة ، يمكن للمستشعر حساب المسافة إلى الجسم. فيما يلي صيغة حساب المسافة.

ما هي مزايا ToF؟

انخفاض استهلاك الطاقة

تستخدم تقنية ToF مصدر ضوء واحد فقط بالأشعة تحت الحمراء لقياس معلومات العمق والسعة في كل بكسل مباشرة. بالإضافة إلى ذلك ، يتطلب ToF معالجة بيانات أقل عمقا من تقنيات استشعار العمق الأخرى كثيفة الخوارزميات مثل الضوء المنظم أو الرؤية الاستريو ، وبالتالي توفير طاقة إضافية على عملية التطبيق

 
دقة عالية

توفر كاميرات مستشعر TOF قياسات عمق عالية الدقة مع أخطاء قياس صغيرة وأوقات استجابة سريعة للتطبيقات التي تتطلب قياسات مسافة عالية الدقة.
 

الوقت الحقيقي

يمكن لكاميرات مستشعر TOF الحصول على صور عمق في الوقت الفعلي ، وهو أمر مفيد للسيناريوهات التي تتطلب ردود فعل سريعة وتطبيقات في الوقت الفعلي.

نطاق ديناميكي واسع

تتميز كاميرات مستشعر TOF بنطاق ديناميكي واسع يحافظ على قياسات عمق دقيقة في ظل ظروف الإضاءة المختلفة ، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من البيئات الداخلية والخارجية.
قياس المسافات الطويلة
نظرا لأن مستشعرات ToF تستخدم الليزر ، فهي قادرة على قياس المسافات الطويلة بدقة متناهية. نتيجة لذلك ، تتمتع مستشعرات ToF بالمرونة لاكتشاف الأشياء القريبة والبعيدة من جميع الأشكال والأحجام.
 

فعالة من حيث التكلفة

مقارنة بتقنيات مسح نطاق عمق 3D الأخرى مثل الضوء المنظمأنظمة الكاميراأو أجهزة تحديد المدى بالليزر ، فإن مستشعرات ToF غير مكلفة نسبيا.
 

ما هو عيب TOF؟

على الرغم من الفوائد العديدة ل ToF ، إلا أن هناك بعض القيود الفنية.

 
قيود القرار

عادة ما تكون كاميرات مستشعر TOF المتوفرة حاليا في السوق ذات دقة منخفضة ، والتي قد لا تكون كافية للتطبيقات التي تتطلب مستوى عال من التفاصيل.
 

القطع الأثرية من الضوء المتناثر

إذا كانت أسطح الكائنات المراد قياسها ساطعة بشكل خاص وقريبة جدا من مستشعر ToF ، فيمكنها تشتيت الكثير من الضوء في جهاز الاستقبال وإنشاء قطع أثرية وانعكاسات غير مرغوب فيها.
 

عدم اليقين في القياس بسبب الانعكاسات المتعددة

عند استخدام مستشعر ToF على الزوايا والأسطح المقعرة ، قد ينعكس الضوء عدة مرات ، وتؤدي هذه الانعكاسات غير المرغوب فيها إلى عدم يقين كبير في القياس. 

تؤثر الإضاءة المحيطة سلبا على القياسات

عند استخدام مستشعر ToF في الهواء الطلق في يوم مشمس ، يمكن أن تتسبب الكثافة العالية لضوء الشمس في تشبع سريع لوحدات بكسل المستشعر ، مما يجعل من المستحيل اكتشاف الضوء الفعلي المنعكس من جسم ما.

 
مجالات التطبيق لكاميرات استشعار ToF

الروبوتات الصناعية:بمساعدة خريطة عمق 3D في الوقت الحقيقي للبيئة ، تستطيع الروبوتات التعرف على الأشياء ونطاق حركتها بشكل أكثر دقة. من خلال التعرف على الإيماءات ، يمكن للروبوتات التفاعل مباشرة مع الأشخاص في التطبيقات التعاونية. في التطبيقات الصناعية ، تستطيع الروبوتات المزودة بكاميرات 3D-ToF قياس أي منتج بدقة أكبر في ثلاثة أبعاد وفهم المنتجات ووضعها بدقة عالية.

3D النمذجة والواقع الافتراضي:تستخدم كاميرات استشعار TOF على نطاق واسع في نمذجة 3D والواقع الافتراضي. من خلال الحصول على صور عمق عالية الجودة في الوقت الفعلي ، يمكن تحقيق إعادة بناء 3D واقعية وتجارب واقع افتراضي غامرة.

الأسئلة المتداولة

س: هل ToF هو نفسه LiDAR؟

ج: تستخدم مستشعرات LiDAR و ToF الضوء لقياس المسافة إلى كائن ما وإنشاء صورة 3D للبيئة. لكن LiDAR يستخدم عادة الليزر ، بينما تستخدم مستشعرات ToF أنواعا مختلفة من الضوء ، مثل ضوء LED أو ضوء الأشعة تحت الحمراء.
 
س: ما هو مستشعر ToF على الهاتف؟

ج: يمكن لكاميرا ToF Depth الحكم على العمق والمسافة لنقل التصوير الفوتوغرافي إلى المستوى التالي. يستخدم سرعة الضوء المعروفة لقياس المسافة ، وحساب الوقت الذي تستغرقه الكاميرا للعمل بشكل فعال. يستخدم سرعة الضوء المعروفة لقياس المسافة ، ويحسب بشكل فعال الوقت الذي يستغرقه الشعاع المنعكس للعودة إلى مستشعر الكاميرا.
 

استنتاج

أظهرت كاميرات مستشعر TOF إمكانات كبيرة للتطبيقات في مختلف المجالات نظرا لدقتها العالية في قياس العمق والأداء في الوقت الفعلي. على الرغم من عيوب الحد من الدقة والتداخل متعدد الكائنات, ستشهد كاميرات استشعار TOF اختراقات وتحسينات أكبر مع التطوير المستمر للتكنولوجيا.
 
على الرغم من وجود عوامل مثل التصحيح البصري وانحراف درجة الحرارة وعوامل أخرى تؤثر على دقة العمق في تصميم كاميرا مستشعر العمق المستندة إلى ToF ، فإن Sinoseen ، مع أكثر من عشر سنوات من الخبرة في رؤية الاستريو ، هنا لمساعدتك إلى أقصى حد. لا تتردد فياتصل بناإذا كنت بحاجة إلى أي مساعدة.