Τι είναι ένας αισθητήρας ToF; Τα πλεονεκτήματά του και τα μειονεκτήματα

Τι είναι ένας αισθητήρας ToF; Τι κάνει ένας αισθητήρας ToF;

Δεν ξέρω αν είστε γνωστοί με τους αισθητήρες sonar, αλλά σύμφωνα με τη Wikipedia, ένας αισθητήρας sonar είναι ένα ηλεκτρονικό συσκευάσιο που χρησιμοποιεί τις ιδιότητες των ηχουσιών που διαδίδονται υποψιλά για να εκτελεί υποψιλικές εργασίες μέσω ηλεκτροηχούσης μετατροπής και επεξεργασίας πληροφοριών.
 
ToF σημαίνει Time of Flight και ο αισθητήρας ToF λειτουργεί πολύ παρόμοια με έναν αισθητήρα sonar. Χρησιμοποιείται για την τοποθέτηση αντικειμένων και για να κάνει μετρήσεις αποστάσεων μετρώντας τον χρόνο που απαιτείται για το φως να ανακληθεί προς τα πίσω και προς τα εμπρός από τον μετατροπεά στο αντικείμενο. Ένας μετατροπέας ToF είναι ένα τύπος μετατροπέα που μετρά το βάθος και την απόσταση ενός αντικειμένου μέσω του Time of Flight. Συχνά, οι αισθητήρες ToF ονομάζονται επίσης και «κάμερες βάθους» ή κάμερες ToF.
 
Βασικά συστατικά μιας κάμερας ToF

Ένα σύστημα κάμερας time-of-flight αποτελείται από τρία κύρια συστατικά:

1. Αισθητήρας ToF και μονάδα αισθητήρα:Ο αισθητήρας είναι το κύριο συστατικό του συστήματος κάμερας ToF. Είναι σε θέση να συλλέγει το ανακληθέν φως και να το μετατρέπει σε δεδομένα βάθειας στα πιクσελ. Όσο υψηλότερη είναι η ανάλυση του αισθητήρα, τόσο καλύτερη είναι η ποιότητα της χάρτας βάθειας.
2. Πηγή Φωτός:Η κάμερα ToF παράγει μια πηγή φωτός μέσω λέιζερ ή LED. ΣυνήθωςNIR (Νεαρός Ινφρακόκκινος) φωτισμόςμε κύματος μήκος 850nm έως 940nm.
3. Επεξεργαστής Βάθειας:Βοηθάει να μετατρέπει τα ανώμαλα δεδομένα πικσελ και τα δεδομένα φάσης που προέρχονται από τον εικονοαισθητή σε πληροφορίες βάθειας. Παρέχει ενεργό 2D IR (ινφρακόκκινη) εικόνα και επίσης βοηθά στην φιλτράριση θόρυβου.

 
Πώς λειτουργεί ο αισθητήρας ToF;

Όπως αναφέραμε παραπάνω, ο αισθητήρας ToF μετράει την απόσταση μεταξύ του αισθητήρα και του αντικειμένου που θα μετρηθεί με τη μέτρηση της χρονικής διαφοράς μεταξύ της εκπομπής και της ανακλάσεως του φωτός, οπότε ποια είναι τα βήματα για να το επιτύχει?
Εδώ είναι τα βήματα του αισθητήρα ToF:

1. Εκπομπή: Ένας δρομέας φωτός εκπέμπεται από τον ενσωματωμένο εκπομπευτή ινφρακόκκινου (IR) φωτός του αισθητήρα, ή άλλη ρυθμιζόμενη πηγή φωτός (π.χ. λέιζερ ή LED).
2. Ανάκλαση: Ο φωτεινός παλμός αγγίζει ένα αντικείμενο και ανακλάται πίσω στον αισθητήρα.
3. Αντισυσπεπτήρας: Χρησιμοποιώντας τον εντός αντισυσπεπτήρα του αισθητήρα, μετρείται ο χρόνος που απαιτείται για το φωτικό δάσκαλο να ταξιδέψει από την εκπομπή μέχρι να αγγίξει το αντικείμενο και να επιστρέψει.
4. Υπολογισμός αποστάσεως: Χρησιμοποιώντας τον μετρηθέντα χρόνο πτήσης και τη γνωστή ταχύτητα του φωτός, ο αισθητήρας μπορεί να υπολογίσει την απόσταση από το αντικείμενο. Το εξής είναι το τύπος για τον υπολογισμό της απόστασης.

Ποιες είναι οι προνομιακές πλευρές του ToF;

χαμηλή κατανάλωση ενέργειας

Η τεχνολογία ToF χρησιμοποιεί μόνο μια πηγή ινφράβιολου φωτός για να μετρήσει άμεσα τις πληροφορίες βάθους και έντασης σε κάθε πικσέλ. Επιπλέον, ο ToF απαιτεί λιγότερη επεξεργασία πληροφοριών βάθους σε σύγκριση με άλλες τεχνικές αισθητήρων βάθους με βάση πολύπλοκα αλγόριθμα, όπως το δομημένο φως ή η στερεο-όραση, εξοικονομώντας έτσι πρόσθετη δύναμη στη διαδικασία εφαρμογής.

 
Υψηλή Ακρίβεια

Οι κάμερες αισθητήρων TOF παρέχουν εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις βάθους με μικρές σφάλματα μέτρησης και γρήγορες απαντήσεις για εφαρμογές που απαιτούν εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις απόστασης.
 

πραγματικού χρόνου

Οι κάμερες με αισθητήρα TOF μπορούν να αποκτήσουν εικόνες βάθους σε πραγματικό χρόνο, πράγμα που είναι χρήσιμο για σενάρια που απαιτούν γρήγορη ανταπόκριση και εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο.

Ευρύ δυναμικό εύρος

Οι κάμερες με αισθητήρα TOF διαθέτουν ευρεία δυναμική γama που διατηρεί ακριβείς μετρήσεις βάθους υπό διάφορες συνθήκες φωτισμού, κάνοντάς τις ιδανικές για διάφορες περιβάλλοντα, τόσο εσωτερικά όσο και εξωτερικά.
Μετρήσεις Μεγάλης Απόστασης
Επειδή οι αισθητήρες TOF χρησιμοποιούν λέιζερ, μπορούν να μετρήσουν μεγάλες αποστάσεις με ακραία ακρίβεια. Ως αποτέλεσμα, οι αισθητήρες TOF έχουν την ευελιξία να ανιχνεύσουν αντικείμενα κοντά και μακριά όλων των μεγεθών και μορφών.
 

Οικονομικά Αποδοτικές

Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες 3D μετρήσεων βάθους όπως η δομημένη φωτιάσυστήματα κάμεραςή λειζερ μετρητές αποστάσεων, οι αισθητήρες TOF είναι σχετικά οικονομικοί.
 

Ποιά είναι η μειονectα του TOF;

Παρά τις πολλές προνομιακές ιδιότητες του TOF, υπάρχουν κάποιες τεχνικές περιορισμούς.

 
Περιορισμοί Λύσης

Οι κάμερες με αισθητήρα TOF που είναι διαθέσιμες σήμερα στην αγορά έχουν γενικά χαμηλή λεπτομέρεια, η οποία δεν είναι αρκετή για εφαρμογές που απαιτούν υψηλό επίπεδο λεπτομέρειας.
 

Αρτιφάκτος από το διασκορπισμένο φως

Εάν οι επιφάνειες των αντικειμένων που θα μετρηθούν είναι ειδικά λαμπρές και πολύ κοντινές στον αισθητήρα TOF, μπορούν να διασκορπίζουν πολύ φως στο δέκτη και να δημιουργούν αρτιφάκτα και απεπιθυμητές ανακαταπέμψεις.
 

Αβεβαιότητα μέτρησης λόγω πολλαπλών ανακαταπέμψεων

Όταν χρησιμοποιείται αισθητήρας TOF σε γωνίες και σε επιφάνειες με αναστροφή, το φως μπορεί να ανακαταπροσωπευτεί πολλές φορές, και αυτές οι απεπιθυμητές ανακαταπέμψεις προκαλούν σημαντική αβεβαιότητα στις μετρήσεις. 

Το εξωτερικό φως επηρεάζει αρνητικά τις μετρήσεις

Όταν χρησιμοποιείτε αισθητήρα TOF εξωτερικά σε ηλιόλουστη μέρα, η υψηλή ένταση του ηλιακού φωτός μπορεί να προκαλέσει γρήγορη σατουράτσα των πιксελών του αισθητήρα, κάνοντας αδύνατη την ανίχνευση του πραγματικού φωτός που ανακαταπροσωπεύεται από ένα αντικείμενο.

 
Εφαρμογές για κάμερες με αισθητήρα TOF

Βιομηχανικοί ρομπότ:Με τη βοήθεια μιας πραγματικής χάρτης βάθους 3D του περιβάλλοντος, οι ρομπότ μπορούν να αναγνωρίζουν αντικείμενα και την έκταση της κίνησής τους με μεγαλύτερη ακρίβεια. Με την ανίχνευση γestiρ, οι ρομπότ μπορούν να διαδραματίζουν άμεση αλληλεπίδραση με τους ανθρώπους σε συνεργατικές εφαρμογές. Σε βιομηχανικές εφαρμογές, οι ρομπότ με κάμερες 3D-ToF μπορούν να μετρούν με μεγαλύτερη ακρίβεια οποιοδήποτε προϊόν σε τρεις διαστάσεις και να αντιλαμβάνονται και τοποθετούν τα προϊόντα με υψηλή ακρίβεια.

3Δ Μοντελοποίηση και Εικαστική Πραγματικότητα:Οι κάμερες αισθητήρων TOF χρησιμοποιούνται ευρέως στην 3Δ μοντελοποίηση και την εικαστική πραγματικότητα. Με την απόκτηση υψηλής ποιότητας εικόνων βάθους σε πραγματικό χρόνο, μπορεί να επιτευχθεί πραγματική 3Δ ανακατασκευή και θεμελιωτικές εμπειρίες εικαστικής πραγματικότητας.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε: Είναι το ToF το ίδιο με το LiDAR;

Α: Και το LiDAR και οι αισθητήρες ToF χρησιμοποιούν φως για να μετρήσουν την απόσταση μέχρι ένα αντικείμενο και να δημιουργήσουν μια 3Δ εικόνα του περιβάλλοντος. Ωστόσο, το LiDAR χρησιμοποιεί συνήθως λέιζερ, ενώ οι αισθητήρες ToF χρησιμοποιούν διάφορους τύπους φωτός, όπως φως LED ή ινφράβιο φως.
 
Ε: Τι είναι ένας αισθητήρας ToF σε ένα κινητό;

H κάμερα βάθους ToF μπορεί να αξιολογεί βάθος και απόσταση για να οδηγήσει τη φωτογραφία σας στο επόμενο επίπεδο. Χρησιμοποιεί τη γνωστή ταχύτητα του φωτός για να μετρήσει την απόσταση, υπολογίζοντας αποτελεσματικά τον χρόνο που απαιτείται για να λειτουργήσει. Χρησιμοποιεί τη γνωστή ταχύτητα του φωτός για να μετρήσει την απόσταση, υπολογίζοντας αποτελεσματικά τον χρόνο που απαιτείται για το ανακλασμένο δέσμα να επιστρέψει στον αισθητήρα της κάμερας.
 

Συμπέρασμα

Οι κάμερες με αισθητήρες TOF έχουν δείξει μεγάλο δυναμικό για εφαρμογές σε διάφορους τομείς λόγω της υψηλής ακρίβειας μέτρησης βάθους και της παραγωγικότητας σε πραγματικό χρόνο. Παρά τα μειονεκτήματα των περιορισμών επίλυσης και της παρεμβολής πολλαπλών αντικειμένων, οι κάμερες με αισθητήρες TOF θα επιτύχουν μεγαλύτερες καταρρήξεις και βελτιώσεις με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας.
 
Παρά τα παράγοντα όπως η βελτιωμένη αποπομπή, η θερμοκίνηση και άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την ακρίβεια βάθους στη σχεδίαση μιας κάμερας αισθητήρα βάθους με βάση ToF, το Sinoseen, με περισσότερα από δέκα χρόνια εμπειρία στη στερεοαίσθηση, είναι εδώ για να σας βοηθήσει όσο το δυνατόν περισσότερο. Να δείτε ελεύθεραΕπικοινωνήστε μαζί μαςαν χρειάζεστε οποιαδήποτε βοήθεια.