Qu’est-ce qu’un capteur ToF ?ses avantages et inconvénients

Qu’est-ce qu’un capteur ToF ? Que fait un capteur ToF ?

Je ne sais pas si vous êtes familier avec les détecteurs sonar, mais selon Wikipédia, un détecteur sonar est un appareil électronique qui utilise les propriétés des ondes sonores se propageant sous l’eau pour effectuer des tâches sous-marines grâce à la conversion électroacoustique et au traitement de l’information.
 
ToF est l’abréviation de Time of Flight, et le capteur Tof fonctionne de manière très similaire à un détecteur sonar. Il est utilisé pour localiser des objets et effectuer des mesures de distance en mesurant le temps nécessaire à la réflexion de la lumière d’avant en arrière du transducteur à l’objet. Une sonde ToF est un type de sonde qui mesure la profondeur et la distance d’un objet grâce à l’utilisation du temps de vol. Souvent, les capteurs ToF sont également appelés « caméras de profondeur » ou caméras ToF.
 
Composants clés d’un système de caméra ToF

Un système de caméra à temps de vol se compose de trois composants principaux :

1. Capteur ToF et module de capteur :Le capteur est l’élément clé du système de caméra ToF. Il est capable de collecter la lumière réfléchie et de la convertir en données de profondeur sur des pixels. Plus la résolution du capteur est élevée, meilleure est la qualité de la carte de profondeur.
2. Source lumineuse:La caméra ToF génère une source lumineuse par le biais d’un laser ou d’une LED. HabituellementLumière NIR (Near Infrared)avec une longueur d’onde de 850 nm à 940 nm.
3. Processeur de profondeur :Aide à convertir les données de pixels brutes et les données de phase provenant du capteur d’image en informations de profondeur. Fournit une image IR (infrarouge) 2D passive et aide également au filtrage du bruit.

 
Comment fonctionne un capteur ToF ?

Comme nous l’avons mentionné ci-dessus, le capteur ToF mesure la distance entre le capteur et l’objet à mesurer en mesurant la différence de temps entre l’émission et la réflexion de la lumière, alors quelles sont les étapes pour le réaliser ?
Voici les étapes du capteur ToF :

1. Émission : Une impulsion lumineuse est émise par l’émetteur de lumière infrarouge (IR) intégré au capteur ou par une autre source lumineuse réglable (par exemple, un laser ou une LED).
2. Réflexion : L’impulsion lumineuse touche un objet et est réfléchie vers le capteur. 
3. Détecteur : À l’aide du détecteur intégré au capteur, le temps nécessaire à l’impulsion lumineuse pour passer de l’émission au contact de l’objet et vice-versa est mesuré.
4. Calcul de la distance : En utilisant le temps de vol mesuré et la vitesse connue de la lumière, le capteur peut calculer la distance jusqu’à l’objet. Voici la formule de calcul de la distance.

Quels sont les avantages du ToF ?

Faible consommation d’énergie

La technologie ToF n’utilise qu’une seule source de lumière infrarouge pour mesurer directement les informations de profondeur et d’amplitude de chaque pixel. De plus, le ToF nécessite un traitement de données moins approfondi que d’autres techniques de détection de profondeur intensives en algorithmes, telles que la lumière structurée ou la vision stéréo, ce qui permet d’économiser de l’énergie supplémentaire sur le processus d’application.

 
Haute précision

Les caméras à capteur TOF fournissent des mesures de profondeur très précises avec de petites erreurs de mesure et des temps de réponse rapides pour les applications nécessitant des mesures de distance très précises.
 

En temps réel

Les caméras à capteur TOF peuvent acquérir des images de profondeur en temps réel, ce qui est utile pour les scénarios qui nécessitent un retour d’information rapide et des applications en temps réel.

Large plage dynamique

Les caméras à capteur TOF ont une large plage dynamique qui maintient des mesures de profondeur précises dans des conditions d’éclairage variables, ce qui les rend adaptées à une variété d’environnements intérieurs et extérieurs.
Mesure à longue distance
Parce que les capteurs ToF utilisent des lasers, ils sont capables de mesurer de longues distances avec une précision extrême. Par conséquent, les capteurs ToF ont la flexibilité de détecter des objets proches et éloignés de toutes formes et tailles.
 

Rentable

Par rapport à d’autres technologies de balayage 3D telles que la lumière structuréeSystèmes de camérasou les télémètres laser, les capteurs ToF sont relativement peu coûteux.
 

Quel est l’inconvénient du TOF ?

Malgré les nombreux avantages de ToF, il existe quelques limitations techniques.

 
Limites de résolution

Les caméras à capteur TOF actuellement disponibles sur le marché ont généralement une faible résolution, ce qui peut ne pas être suffisant pour les applications nécessitant un niveau de détail élevé.
 

Artéfacts issus de la lumière diffusée

Si les surfaces des objets à mesurer sont particulièrement brillantes et très proches du capteur ToF, elles peuvent diffuser trop de lumière dans le récepteur et créer des artefacts et des réflexions indésirables.
 

Incertitude de mesure due à des réflexions multiples

Lors de l’utilisation d’un capteur ToF sur des coins et des surfaces concaves, la lumière peut être réfléchie plusieurs fois, et ces réflexions indésirables introduisent une incertitude de mesure importante. 

La lumière ambiante nuit aux mesures

Lors de l’utilisation d’un capteur ToF à l’extérieur par une journée ensoleillée, la forte intensité de la lumière du soleil peut provoquer une saturation rapide des pixels du capteur, ce qui rend impossible la détection de la lumière réelle réfléchie par un objet.

 
Domaines d’application des caméras à capteur ToF

Robots industriels :À l’aide d’une carte de profondeur 3D en temps réel de l’environnement, les robots sont capables de reconnaître les objets et leur amplitude de mouvement avec plus de précision. Grâce à la reconnaissance gestuelle, les robots peuvent interagir directement avec les personnes dans des applications collaboratives. Dans les applications industrielles, les robots équipés de caméras 3D-ToF sont capables de mesurer plus précisément n’importe quel produit en trois dimensions et de saisir et de placer les produits avec une grande précision.

Modélisation 3D et réalité virtuelle :Les caméras à capteur TOF sont largement utilisées dans la modélisation 3D et la réalité virtuelle. En acquérant des images de profondeur de haute qualité en temps réel, il est possible de réaliser une reconstruction 3D réaliste et des expériences de réalité virtuelle immersives.

FAQ

Q :Le ToF est-il le même que le LiDAR ?

R : Les capteurs LiDAR et ToF utilisent tous deux la lumière pour mesurer la distance d’un objet et créer une image 3D de l’environnement. Mais le LiDAR utilise généralement des lasers, tandis que les capteurs ToF utilisent divers types de lumière, tels que la lumière LED ou la lumière infrarouge.
 
Q :Qu’est-ce qu’un capteur ToF sur un téléphone ?

R : L’appareil photo ToF Depth peut juger de la profondeur et de la distance pour faire passer votre photographie au niveau supérieur. Il utilise la vitesse connue de la lumière pour mesurer la distance, calculant efficacement le temps nécessaire à l’appareil photo pour fonctionner. Il utilise la vitesse connue de la lumière pour mesurer la distance, calculant efficacement le temps nécessaire au faisceau réfléchi pour revenir au capteur de la caméra.
 

Conclusion

Les caméras à capteur TOF ont montré un grand potentiel d’applications dans divers domaines en raison de leur grande précision de mesure de la profondeur et de leurs performances en temps réel. Malgré les inconvénients de la limitation de la résolution et des interférences multi-objets, les caméras à capteur TOF connaîtront des percées et des améliorations plus importantes grâce au développement continu de la technologie.
 
Bien qu’il existe des facteurs tels que la correction optique, la dérive de température et d’autres facteurs affectant la précision de la profondeur dans la conception d’une caméra à capteur de profondeur basée sur ToF, Sinoseen, avec plus d’une décennie d’expérience dans la vision stéréo, est là pour vous aider dans toute la mesure du possible. N’hésitez pas àContactez-noussi vous avez besoin d’aide.