Mitä on ToF-sensori? Sen edut ja haitat

Mitä on ToF-sensori? Mitä ToF-sensori tekee?

En tiedä, oletko tutustunut äännesensorien kanssa, mutta mukaan Wikipediaa, äännesensori on elektroninen laite, joka hyödyntää äänenaaltojen ominaisuuksia leviämisen alla vesissä suorittaakseen alaveden tehtäviä elektroakustisen muunnoksen ja informaation käsittelyn avulla.
 
ToF tarkoittaa Time of Flight, ja ToF-sensori toimii erittäin samalla tavalla kuin äännesensori. Sen avulla voidaan paikantaa objekteja ja mitata etäisyyksiä mittamalla, kuinka paljon valoa kestää heijastua takaisin ja forth transducerrista kohteeseen. ToF-transduser on tyyppi transducerea, joka mittaa syvyyttä ja etäisyyttä kohteeseen käyttämällä Time of Flight -menetelmää. Usein ToF-sensorit kutsutaan myös "syvyyskameroina" tai ToF-kameroina.
 
ToF-kamerajärjestelmän keskeiset komponentit

Aika-matka-kamerajärjestelmä koostuu kolmesta pääkomponentista:

1. ToF-sensori ja sensorimoduuli: Anturi on ToF-kamerajärjestelmän keskeinen komponentti. Se pystyy keräämään heijastunutta valoa ja muuttamaan sen syvyyttä edustavan pikselitietoksi. Mitä korkeampi anturin resoluutio, sitä parempi syväyskartan laatu.
2. Valolähde: ToF-kamera tuottaa valosäteen laserin tai LED:n avulla. Yleensä NIR (LähisädeinfraherSSI) valo jolla on aallonpituus 850nm–940nm.
3. Syvyyden prosessori: Auttaa muuntamaan raakapikselitiedot ja fasiset tiedot kuvanturilta saapuviksi syvyydetietoihin. Tarjoaa passiivisen 2D IR (infrapuna) -kuvan ja auttaa myös melun suodattamisessa.

 
Kuinka ToF-anturi toimii?

Kuten mainitsimme aiemmin, ToF-anturi mitoitsee etäisyyttä anturin ja mittaamisen kohteen välillä mittaten valon lähetyksen ja heijastuksen välisen aikaisen erotuksen, joten miten se toteutetaan käytännössä?
Tässä ovat ToF-anturin vaiheet:

1. Lähetys: Valon pulssi lähetetään anturin sisäänrakennetulla infrapunavalon (IR) lähettimellä tai jonkin muulla säätökykyisellä valolähteellä (esim. laser tai LED).
2. Heijastuminen: Valonpulssi koskettaa esineitä ja heijastuu takaisin anturiin.
3. Detektori: Käyttämällä aaltosensorin sisäänrakennettua detektoria mitataan, kuinka kauan valon pulssi kestää matkallaan lähtöpisteestä kohteeseen ja takaisin.
4. Etäisyyslaskenta: Käyttämällä mitattua kuljettavien aikaa ja valon tunnettua nopeutta sensori voi laskea etäisyyden kohteeseen. Seuraava on etäisyyden laskentakaava.

Mitkä ovat ToF:n edut?

Vähäinen tehonkulutus

ToF-tekniikka käyttää vain yhtä infrapunasäteilylähdettä suorien syvyyden ja amplitudiinformaatioiden mittaamiseen jokaisessa pikselissä. Lisäksi ToF vaatii vähemmän syvyyden datankäsittelyä kuin muut algoritmiintensiveiset syvyyden havaitsemisen menetelmät, kuten rakenteellinen valo tai stereovision, mikä säästää lisävirtaa sovellusprosessissa.

 
Korkea tarkkuus

TOF-sensorikamerat tarjoavat erittäin tarkkoja syvyyden mittauksia pienillä mittausvirheillä ja nopeilla vastausajoilla sovelluksissa, jotka vaativat erittäin tarkkoja etäisyyden mittauksia.
 

Virkistyskykyisenä

TOF-sensorikamerat voivat hankkia syvyyden kuvat real-aikaisesti, mikä on hyödyllistä tilanteissa, jotka vaativat nopeaa palautetta ja reaaliaikaisia sovelluksia.

Laaja dynaaminen valikoima

TOF-sensorikameroiden dynaaminen alue on laaja, mikä säilyttää tarkkoja syvyyden mitauksia vaihtelevissa valo-oloissa, tehden niistä sopivia monien ympäristöiden käytössä sekä sisällä että ulkona.
Pitkän etäisyyden mittaaminen
Koska TOF-sensoreilla käytetään laserointeja, ne pystyvät mittamaan pitkiä etäisyyksiä erittäin tarkasti. Seuraustena TOF-sensoreilla on joustoa havaita lähellä olevia ja kaukana olevia objekteja kaikenlaisia muotoja ja kokoja.
 

Kustannustehokas

Vertaileva analyysi muihin 3D-syvyysmittaus-tekniikoihin, kuten rakennerattaiseen valoon kamerajärjestelmiin tai laser-etaisyydessämittareihin, TOF-sensoreilla on suhteellisen alhainen hinta.
 

Mikä on TOF:n haitta?

Huolimatta monista TOF:n edut, on olemassa joitakin teknisiä rajoituksia.

 
Resoluution rajoitukset

Tof-sensorikamerat, jotka ovat tällä hetkellä saatavilla markkinoilla, ovat yleensä matalan resoluution vuoksi eivät riittävän yksityiskohtaisiin sovelluksiin.
 

Hajautuneen valon artefaktit

Jos mitattavien objektien pinnat ovat erityisen kirkkaat ja hyvin lähellä tof-sensoria, ne voivat hajottaa liian paljon valoa vastaanottajaan, mikä aiheuttaa artefakteja ja epätoivottuja heijastuksia.
 

Mittaustarkkuuden epävarmuus useista heijastuksista

Kun tof-sensoria käytetään nurkkiin ja kaarevaan pintoihin, valo saattaa heijastua useita kertoja, ja nämä epätoivottumat heijastukset tuovat merkittävää mittaustarkkuuden epävarmuutta.  

Ympäristövalo vaikuttaa mittauksiin haitallisesti

Kun tof-sensoria käytetään ulkona auringonpaisteen päivänä, korkea aurinkovalon intensiteetti voi aiheuttaa sensoripikselien nopean saturoitumisen, mikä tekee todellisen objektista heijastuvan valon tunnistamisesta mahdottomaksi.

 
Sovellusalat tof-sensorikameroiden käyttöön

Teolliset robottit: Todellisuuden ympäristön 3D-syvyyskartan avulla robottit pystyvät tunnistamaan objekteja ja niiden liikkumisalueita tarkemmin. Geestien tunnistamisen avulla robottit voivat vuorovaikuttaa suoraan ihmisien kanssa yhteistyösovelluksissa. Teollisuussovelluksissa robottit, joilla on 3D-ToF-kamerat, pystyvät mittaan mitä tahansa tuotetta kolmessa ulottuvuudessa tarkemmin ja noutamaan ja asettamaan tuotteita korkealla tarkkuudella.

3D-mallintaminen ja virtuaalitodellisuus: TOF-sensorikamerat käytetään laajasti 3D-mallinnuksessa ja virtuaalitodellisuudessa. Korkealaatuisten syväyskuvien saamisen avulla reaalikaupassa voidaan toteuttaa realistinen 3D-uudelleenrakennus ja imerrottava virtuaalitodellisuuskokemus.

FAQ

K: Onko ToF sama kuin LiDAR?

V: Molemmat LiDAR ja ToF-sensoreilla käytetään valoa mittaamaan etäisyyttä kohteeseen ja luomaan ympäristöstä 3D-kuva. Mutta LiDAR käyttää yleensä laserointeja, kun taas ToF-sensoreilla käytetään erilaisia valonlajeja, kuten LED-valoa tai infrapuna-valoa.
 
K: Mitä tarkoittaa ToF-sensori puhelimesta?

ToF-syvyyskamera pystyy arvioimaan syvyyttä ja etäisyyttä, jotta fotografiiasi voidaan nostaa seuraavaan tasoon. Se käyttää valon tunnettua nopeutta mitatakseen etäisyyden, laskien tehokkaasti ajan, joka kameralle kestää toimia. Se käyttää valon tunnettua nopeutta mitatakseen etäisyyden, laskien tehokkaasti ajan, joka kestää heijastetun säteen palattavaksi kameran aistintaan.
 

Johtopäätös

ToF-aistintakamerat ovat osoittaneet suuren potentiaalin sovelluksissa monilla aloilla kiitosta syväysmittausten korkealle tarkkuudelle ja reaaliaikaiselle suorituskyvylle. Vaikka alhaisemman resoluution ja moniobjektien häiriöiden epäedut on olemassa, TOF-aistintakameroiden kanssa saavutetaan suurempia läpimurtoja ja parannuksia teknologian jatkuvan kehityksen myötä.
 
Vaikka optisen korjauksen, lämpötilahäiriön ja muiden tekijöiden kaltaiset seikat vaikuttavat syvyyden tarkkuuteen ToF-perustuvan syvyyssensorikameran suunnittelussa, Sinoseen, jolla on yli kymmenen vuoden kokemus stereovision alalla, on täysi aikeisuus auttaa sinua. Ole hyvä ja ota yhteyttä ota meihin yhteyttä, jos tarvitset apua.