چیست ToF sensor؟ مزایا و معایب آن

سنسور ToF چیست؟ سنسور ToF چه کاری انجام می دهد؟

نمی‌دانم با آشکارسازهای سونار آشنایی دارید یا نه، اما طبق ویکی‌پدیا، آشکارساز سونار وسیله‌ای الکترونیکی است که از خواص امواج صوتی منتشر شده در زیر آب برای انجام وظایف زیر آب از طریق تبدیل الکتروآکوستیک و پردازش اطلاعات استفاده می‌کند.
 
ToF مخفف Time of Flight است و حسگر Tof بسیار شبیه به یک آشکارساز سونار عمل می کند. برای تعیین موقعیت اجسام و اندازه‌گیری فاصله با اندازه‌گیری زمان لازم برای بازتاب نور از مبدل به جسم استفاده می‌شود. مبدل ToF نوعی مبدل است که عمق و فاصله تا یک جسم را با استفاده از Time of Flight اندازه‌گیری می‌کند. اغلب به سنسورهای ToF "دوربین عمق" یا دوربین ToF نیز می گویند.
 
اجزای کلیدی یک سیستم دوربین ToF

یک سیستم دوربین زمان پرواز از سه جزء اصلی تشکیل شده است:

1. سنسور ToF و ماژول سنسور: سنسور جزء کلیدی سیستم دوربین ToF است. قادر به جمع آوری نور منعکس شده و تبدیل آن به داده های عمق روی پیکسل است. هرچه رزولوشن سنسور بالاتر باشد، کیفیت نقشه عمق بهتر است.
2. منبع نور: دوربین ToF یک منبع نور را از طریق لیزر یا LED تولید می کند. معمولا نور NIR (نزدیک مادون قرمز). با طول موج 850 نانومتر تا 940 نانومتر.
3. پردازشگر عمق: به تبدیل داده‌های پیکسل خام و داده‌های فازی که از حسگر تصویر می‌آیند به اطلاعات عمق کمک می‌کند. تصویر مادون قرمز 2 بعدی غیرفعال را ارائه می دهد و همچنین به فیلتر نویز کمک می کند.

 
سنسور ToF چگونه کار می کند؟

همانطور که در بالا اشاره کردیم، سنسور ToF با اندازه گیری اختلاف زمانی بین انتشار و بازتاب نور، فاصله بین سنسور و جسم مورد نظر را اندازه گیری می کند، بنابراین مراحل تشخیص آن چیست؟
در اینجا مراحل سنسور ToF آمده است:

1. انتشار: یک پالس نور توسط ساطع کننده نور مادون قرمز (IR) داخلی حسگر یا سایر منبع نور قابل تنظیم (مانند لیزر یا LED) ساطع می شود.
2. انعکاس: پالس نور یک جسم را لمس می کند و به حسگر منعکس می شود.
3. آشکارساز: با استفاده از آشکارساز داخلی حسگر، مدت زمانی که طول می کشد تا پالس نور از گسیل تا تماس با جسم و پشت حرکت کند اندازه گیری می شود.
4. محاسبه فاصله: با استفاده از زمان اندازه گیری شده پرواز و سرعت شناخته شده نور، سنسور می تواند فاصله تا جسم را محاسبه کند. فرمول زیر برای محاسبه فاصله است.

مزایای ToF چیست؟

مصرف برق کم

فناوری ToF تنها از یک منبع نور مادون قرمز برای اندازه گیری مستقیم اطلاعات عمق و دامنه در هر پیکسل استفاده می کند. علاوه بر این، ToF به پردازش داده با عمق کمتری نسبت به سایر تکنیک‌های سنجش عمق که با الگوریتم فشرده هستند، مانند نور ساختاریافته یا دید استریو نیاز دارد، بنابراین انرژی اضافی در پردازش برنامه صرفه‌جویی می‌شود.

 
دقت بالا

دوربین های سنسور TOF اندازه گیری عمق بسیار دقیق را با خطاهای اندازه گیری کوچک و زمان پاسخ سریع برای برنامه هایی که نیاز به اندازه گیری فاصله بسیار دقیق دارند، ارائه می دهند.
 

زمان واقعی

دوربین‌های حسگر TOF می‌توانند تصاویر عمقی را در زمان واقعی دریافت کنند، که برای سناریوهایی که نیاز به بازخورد سریع و برنامه‌های بلادرنگ دارند، مفید است.

دامنه دینامیک گسترده

دوربین‌های سنسور TOF دارای محدوده دینامیکی گسترده‌ای هستند که اندازه‌گیری عمق دقیق را در شرایط نوری مختلف حفظ می‌کنند و آنها را برای محیط‌های مختلف چه در داخل و چه در خارج از خانه مناسب می‌سازد.
اندازه گیری مسافت طولانی
از آنجایی که حسگرهای ToF از لیزر استفاده می کنند، می توانند مسافت های طولانی را با دقت بسیار بالایی اندازه گیری کنند. در نتیجه، حسگرهای ToF انعطاف پذیری برای تشخیص اجسام دور و نزدیک در هر شکل و اندازه دارند.
 

مقرون به صرفه

در مقایسه با سایر فناوری‌های اسکن عمق سه بعدی مانند نور ساختاریافته سیستم های دوربین یا مسافت یاب لیزری، حسگرهای ToF نسبتاً ارزان هستند.
 

ضرر TOF چیست؟

علیرغم مزایای فراوان ToF، برخی محدودیت های فنی وجود دارد.

 
محدودیت های رزولوشن

دوربین‌های سنسور TOF که در حال حاضر در بازار موجود هستند معمولاً وضوح پایینی دارند که ممکن است برای برنامه‌هایی که نیاز به جزئیات بالایی دارند کافی نباشد.
 

مصنوعات از نور پراکنده

اگر سطوح اجسامی که باید اندازه‌گیری شوند، بسیار روشن و بسیار نزدیک به حسگر ToF باشند، می‌توانند نور زیادی را به گیرنده پراکنده کنند و مصنوعات و بازتاب‌های ناخواسته ایجاد کنند.
 

عدم قطعیت اندازه گیری به دلیل بازتاب های متعدد

هنگام استفاده از حسگر ToF در گوشه ها و سطوح مقعر، نور ممکن است چندین بار منعکس شود و این بازتاب های ناخواسته باعث عدم قطعیت اندازه گیری قابل توجهی می شود.  

نور محیط بر اندازه گیری ها تأثیر منفی می گذارد

هنگام استفاده از حسگر ToF در خارج از منزل در یک روز آفتابی، شدت بالای نور خورشید می تواند باعث اشباع سریع پیکسل های حسگر شود و تشخیص نور واقعی منعکس شده از یک جسم را غیرممکن می کند.

 
مناطق کاربردی برای دوربین های حسگر ToF

ربات های صنعتی: با کمک یک نقشه عمق سه بعدی از محیط، ربات ها قادرند اشیا و دامنه حرکت آنها را با دقت بیشتری تشخیص دهند. با تشخیص حرکات، ربات ها می توانند به طور مستقیم با افراد در برنامه های مشترک تعامل داشته باشند. در کاربردهای صنعتی، ربات‌های دارای دوربین‌های 3D-ToF قادرند هر محصول را به صورت سه‌بعدی با دقت بیشتری اندازه‌گیری کنند و محصولات را با دقت بالایی در دست بگیرند و قرار دهند.

مدل سازی سه بعدی و واقعیت مجازی: دوربین های حسگر TOF به طور گسترده در مدل سازی سه بعدی و واقعیت مجازی استفاده می شوند. با به دست آوردن تصاویر عمقی با کیفیت بالا در زمان واقعی، می توان بازسازی سه بعدی واقع گرایانه و تجربیات واقعیت مجازی همه جانبه را تحقق بخشید.

پرسش‌های متداول

س: آیا ToF همان LiDAR است؟

پاسخ: هر دو حسگر LiDAR و ToF از نور برای اندازه‌گیری فاصله تا یک شی و ایجاد یک تصویر سه بعدی از محیط استفاده می‌کنند. اما LiDAR به طور معمول از لیزر استفاده می کند، در حالی که حسگرهای ToF از انواع مختلف نور مانند نور LED یا نور مادون قرمز استفاده می کنند.
 
س: حسگر ToF در تلفن چیست؟

A: دوربین ToF Depth می تواند عمق و فاصله را ارزیابی کند تا عکاسی شما را به سطح بعدی برساند. این دوربین از سرعت شناخته شده نور برای اندازه گیری فاصله استفاده می کند و به طور موثر مدت زمان کارکرد دوربین را محاسبه می کند. از سرعت شناخته شده نور برای اندازه گیری فاصله استفاده می کند و به طور موثر زمان بازگشت پرتو بازتاب شده به سنسور دوربین را محاسبه می کند.
 

نتیجه گیری

دوربین‌های حسگر TOF به دلیل دقت بالای اندازه‌گیری عمق و عملکرد بلادرنگ، پتانسیل بالایی برای کاربرد در زمینه‌های مختلف نشان داده‌اند. با وجود معایب محدودیت رزولوشن و تداخل چند شی، دوربین‌های حسگر TOF با پیشرفت مداوم فناوری، پیشرفت‌ها و پیشرفت‌های بیشتری را شاهد خواهند بود.
 
اگرچه عواملی مانند تصحیح نوری، تغییر دما و سایر عوامل مؤثر بر دقت عمق در طراحی دوربین حسگر عمق مبتنی بر ToF وجود دارد، Sinoseen با بیش از یک دهه تجربه در زمینه دید استریو، اینجاست تا به شما کمک کند. لطفا احساس راحتی کنید با ما تماس بگیرید اگر به کمک نیاز دارید