سنسور ToF چیست؟مزایا و معایب آن

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

نمی دانم با آشکارسازهای سونار آشنا هستید یا خیر، اما طبق ویکی پدیا، آشکارساز سونار یک دستگاه الکترونیکی است که از خواص امواج صوتی منتشر شده در زیر آب برای انجام کارهای زیر آب از طریق تبدیل الکتروآکوستیک و پردازش اطلاعات استفاده می کند.
 
ToF مخفف Time of Flight است و سنسور Tof بسیار شبیه به آشکارساز سونار عمل می کند. برای مکان یابی اجسام و اندازه گیری فاصله با اندازه گیری زمان انعکاس نور به جلو و عقب از مبدل به جسم استفاده می شود. مبدل ToF نوعی مبدل است که عمق و فاصله تا یک جسم را با استفاده از زمان پرواز اندازه گیری می کند. اغلب، سنسورهای ToF را "دوربین های عمقی" یا دوربین های ToF نیز می نامند.
 
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 اصلی سیستم دوربین ToF است. قادر به جمع آوری نور منعکس شده و تبدیل آن به داده های عمق روی پیکسل ها است. هرچه وضوح سنسور بالاتر باشد، کیفیت نقشه عمق بهتر است.
2. منبع نور:دوربین ToF یک منبع نور از طریق لیزر یا LED تولید می کند. معمولانور NIR (نزدیک مادون قرمز)با طول موج 850 نانومتر تا 940 نانومتر.
3. پردازنده عمق:به تبدیل داده های پیکسل خام و داده های فاز که از سنسور تصویر به اطلاعات عمق می آیند کمک می کند. تصویر IR دو بعدی (مادون قرمز) غیرفعال را فراهم می کند و همچنین به فیلتر نویز کمک می کند.

 
سنسور ToF چگونه کار می کند؟

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

1. انتشار: یک پالس نور توسط ساطع کننده نور مادون قرمز (IR) داخلی سنسور ساطع می شود, یا سایر منابع نور قابل تنظیم (به عنوان مثال،. لیزر یا LED).
2. بازتاب: پالس نور یک جسم را لمس می کند و به سنسور منعکس می شود. 
3. آشکارساز: با استفاده از آشکارساز داخلی سنسور، مدت زمانی که طول می کشد تا پالس نور از انتشار تا لمس جسم و برگشت 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 آمده 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 نسبت به سایر تکنیک های سنجش عمق با الگوریتم فشرده مانند نور ساختاریافته یا دید استریو به پردازش داده های عمق کمتری نیاز دارد، بنابراین در مصرف انرژی اضافی در فرآیند برنامه صرفه جویی می کند.

 
دقت بالا

دوربین های حسگر TOF اندازه گیری های عمق بسیار دقیقی را با خطاهای اندازه گیری کوچک و زمان پاسخگویی سریع برای کاربردهایی که نیاز به اندازه گیری فاصله بسیار دقیق دارند، ارائه می دهند.
 

زمان واقعی

دوربین های حسگر TOF می توانند تصاویر عمق را در زمان واقعی به دست آورند، که برای سناریوهایی که نیاز به بازخورد سریع و برنامه های بلادرنگ دارند مفید است.

محدوده دینامیکی گسترده

دوربین های حسگر TOF دارای محدوده دینامیکی گسترده ای هستند که اندازه گیری های دقیق عمق را در شرایط نوری مختلف حفظ می کنند و آنها را برای محیط های مختلف چه در داخل و چه در خارج از خانه مناسب می کند.
اندازه گیری مسافت طولانی
از آنجایی که حسگرهای ToF از لیزر استفاده می کنند، می توانند مسافت های طولانی را با دقت فوق العاده اندازه گیری کنند. در نتیجه، حسگرهای ToF انعطاف پذیری لازم برای تشخیص اجسام نزدیک و دور در هر شکل و اندازه را دارند.
 

مقرون

در مقایسه با سایر فناوری های اسکن محدوده عمق سه بعدی مانند نور ساختار یافتهسیستم های دوربینیا مسافت یاب لیزری، سنسورهای ToF نسبتا ارزان هستند.
 

عیب TOF چیست؟

با وجود مزایای فراوان ToF، محدودیت های فنی وجود دارد.

 
محدودیت های وضوح

دوربین های حسگر TOF که در حال حاضر در بازار موجود هستند معمولا وضوح پایینی دارند که ممکن است برای برنامه هایی که به جزئیات بالایی نیاز دارند کافی نباشد.
 

مصنوعات از نور پراکنده

اگر سطوح اجسامی که باید اندازه گیری شوند به ویژه روشن و بسیار نزدیک به سنسور ToF باشند، می توانند نور بیش از حد را در گیرنده پراکنده کنند و مصنوعات و بازتاب های 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 عدم قطعیت اندازه گیری قابل توجهی را ایجاد می کنند. 

نور محیط بر اندازه گیری ها تأثیر منفی می گذارد

هنگام استفاده از سنسور ToF در فضای باز 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.

 
زمینه های کاربرد برای دوربین های حسگر ToF

ربات های صنعتی:با کمک یک نقشه عمق سه بعدی در زمان واقعی از محیط، ربات ها می توانند اشیاء و دامنه حرکتی آنها را با دقت بیشتری تشخیص دهند. با تشخیص حرکت، ربات ها می توانند مستقیما با افراد در برنامه های مشترک تعامل داشته باشند. در کاربردهای صنعتی، ربات های دارای دوربین های 3D-ToF قادر به اندازه گیری دقیق تر هر محصولی در سه بعد و گرفتن و قرار دادن محصولات با دقت بالا هستند.

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

سوالات متداول

س: آیا ToF همان LiDAR است؟

پاسخ: هر دو حسگر LiDAR و ToF از نور برای اندازه گیری فاصله تا یک جسم و ایجاد یک تصویر سه بعدی از محیط استفاده می کنند. اما LiDAR معمولا از لیزر استفاده می کند، در حالی که حسگرهای ToF از انواع مختلفی از نور مانند نور LED یا نور مادون قرمز استفاده می کنند.
 
س: سنسور ToF در گوشی چیست؟

پاسخ: دوربین ToF Depth می تواند عمق و فاصله را قضاوت کند تا عکاسی شما را به سطح بالاتری برساند. از سرعت شناخته شده نور برای اندازه گیری فاصله استفاده می کند و به طور موثر زمان لازم برای کار دوربین را محاسبه می کند. از سرعت شناخته شده نور برای اندازه گیری فاصله استفاده می کند و به طور موثر زمان لازم برای بازگشت پرتو منعکس شده به سنسور دوربین را محاسبه می کند.
 

نتیجه

دوربین های حسگر TOF به دلیل دقت بالای اندازه گیری عمق و عملکرد بلادرنگ پتانسیل زیادی برای کاربردها در زمینه های مختلف نشان داده اند. با وجود معایب محدودیت وضوح و تداخل چند شی، دوربین های حسگر TOF با توسعه مداوم فناوری شاهد پیشرفت ها و پیشرفت های بیشتری خواهند بود.
 
اگرچه عواملی مانند تصحیح نوری، رانش دما و سایر عوامل موثر بر دقت عمق در طراحی دوربین حسگر عمق مبتنی بر ToF وجود دارد، Sinoseen با بیش از یک دهه تجربه در دید استریو، اینجاست تا تا حد زیادی به شما کمک کند. لطفا در صورت تمایلتماس با مااگر به کمک نیاز دارید.