Mi az a ToF érzékelő? Az előnyei és hátrányai

Mi az a ToF érzékelő? Miért használjuk a ToF érzékelőt?

Nem tudom, ismered-e a hangtér-detektort, de a Wikipédiá szerint a hangtér-detektor egy elektronikus eszköz, amely az alvízi hanghullámok tulajdonságait használja ki az alvízi feladatok elvégzésére elektroakusztikus átalakítás és információfeldolgozással.
 
ToF rövidítése Time of Flight (útvonalidő), és a Tof érzékelő nagyon hasonlóan működik a hangtér-detektorhoz. Objektumok helyét határozza meg és távolságméréseket végez annak mérésével, hogy mennyi idő telik el a fény visszapattanása közben a transzducertől az objektumig és vissza. A ToF transzducer egy olyan transzducer, amely mélységet és távolságot méri az útvonalidő segítségével. Gyakran a ToF érzékelőket „mélységi kamerák” vagy ToF kameráknak is nevezzük.
 
A ToF kamera rendszer fő összetevői

Az útvonalidő alapú kamera rendszer három fő összetevőből áll:

1. ToF érzékelő és érzékelőmodul: A szenzor a ToF kamera rendszer kulcsfontosságú komponense. Meg tudja szedni a visszaprstuló fényt és konvertálni mélységi adatokká a pixeleken. Minél nagyobb a felbontás a szenzornál, annál jobb a mélységi térkép minősége.
2. Fényforrás: A ToF kamera fényforrást generál egy laser vagy LED segítségével. Általánosan NIR (Középfény infravörös) fény 850nm és 940nm hullámhosszúság között.
3. Mélységi Processzor: Segít átalakítani az image szenzortól érkező nyers pixeladatokat és fázisadatokat mélységi információkká. Nyújt passzív 2D IR (infravörös) képet, valamint segít a zajszűrőben.

 
Hogyan működik egy ToF szenzor?

Ahogy már említettük fentebb, a ToF szenzor mérje az tárgy és a szenzor közötti távolságot a fény ki- és visszaprstulási idő különbségének mérése alapján, de mi a lépések hogy megvalósítsa?
Itt vannak a ToF szenzor lépései:

1. Kiadás: A szenzor beépített infravörös (IR) fénykiadójából, vagy más alkalmazható fényforrásból (pl. laser vagy LED) fényimpulzust bocsát ki.
2. Visszaverődés: A fényimpulzus érint egy tárgyat, és visszaverődik az érzékelőbe.
3. Detektor: A szenzor beépített detektorával méri azt az időt, amennyi idő alatt a fényimpulzus eljár attól a pillanattól, amikor kibocsátják, addig, amíg érinti az objektumot és visszatér.
4. Távolság számítás: A mérés alapján meghatározott úttömeg és a fény ismert sebessége alapján a szenzor kiszámíthatja az objektum távolságát. Az alábbi a távolság kiszámítására használt képlet.

Mi a ToF előnyei?

Alacsony energiafogyasztás

A ToF technológia csak egy infravörös fényforrást használ, hogy közvetlenül mérje a mélységet és az amplitúdóinformációt minden pixelben. Emellett a ToF kevesebb mélységadat-feldolgozással jár, mint más, algoritmus-intenzív mélységmérési technológiák, például a strukturált fény vagy a sztereovision, így további teljesítményt takarít meg az alkalmazási feldolgozón.

 
Magas Pontosság

A TOF szenzor kameralakosítások pontos mélységinformációkat biztosítanak kis méréshibával és gyors válaszidővel azokban az alkalmazásokban, amelyek nagyon pontos távolság-méréseket igényelnek.
 

Valós idejű

A TOF érzékelő kamerák valós idejű mélységi képeket tudnak felvenni, amely hasznos olyan helyzetekben, amelyek gyors visszajelzést és valós idejű alkalmazásokat igényelnek.

Széles Dinamikus Tartomány

A TOF érzékelő kameráknak van széles dinamikus tartománya, amely pontos mélységi méréseket biztosít változó fényviszonyok között, ami belsejük és kívülük is sokféle környezetben alkalmas teszi őket.
Hosszútávú mérés
Mivel a TOF érzékelők lasersugarakat használnak, rendkívül pontosan mérhetnek hosszútávú távolságokat. Ezért a TOF érzékelők rugalmasan érzékelhetik mind a közelben lévő, mind a távoli objektumokat mindenféle alakzatban és méretben.
 

Költséghatékony

Összehasonlítva más 3D mélységi tartományt skannoló technológiákkal, például a strukturált fényvel kamera rendszerekkel vagy laser távolságmérőkkel, a TOF érzékelők viszonylag olcsók.
 

Mi a TOF hátránya?

Annak ellenére, hogy a TOF számos előnnyel jár, van néhány technikai korlátozása.

 
Felbontás korlátozásai

A jelenleg piacra kerülő TOF érzékelő kamerák általában alacsony felbontásúak, amelyek nem mindig elégnek bizonyulnak azokra az alkalmazásokra, amelyek nagy részletesség igényel.
 

Artifaktusok szórási fényből

Ha a mérésre kerülő tárgyak felszínei különösen világosak és nagyon közeli a TOF érzékelőhöz, túl sok fényt szórhatanak vissza a fogadóba, ami artifaktusokat és nem kívánt visszaveréseket okozhat.
 

Méréshibák többszörös visszaverések miatt

Amikor TOF érzékelőt használnak sarokokon vagy konkáv felületeken, a fény többször is visszaverődhet, és ezek a nem kívánt visszaverések jelentős mérvétel-hibát vezetnek be.  

Környezeti fény negatívan befolyásolja a méréseket

Amikor napos napkozidőben használjuk a TOF érzékelőt külső területen, a napfény magas intenzitása gyorsan sátrázást okozhat az érzékelő pixeleiben, így lehetetlen lesz az objektumtól visszaverődő valós fényt észlelni.

 
Alkalmazási területek TOF érzékelő kameráknak

Ipari robotok: A környezet valós idejű 3D mélységi térképével a robotok pontosabban tudják felismerni az objektumokat és az általuk végzett mozgásokat. A gésztenyerek felismerésével a robotok közvetlenül emberekkel együttműködhetnek együttműködési alkalmazásokban. Az ipari alkalmazásokban a 3D-ToF kamerákkal rendelkező robotok pontosabban mérhetik bármilyen terméket három dimenzióban, és nagy pontossággal rágcsálhatják és helyezhetik el a termékeket.

3D modellezés és virtuális valóság: A TOF érzékelők széleskörben használnak 3D modellezésben és a virtuális valóságban. Valós idejű, minőségi mélységi képek beszerzésével valósztalan 3D rekonstrukciót és bevonó virtuális valósági élményeket lehet megvalósítani.

GYIK

K: Egyenlő a ToF a LiDAR-rel?

V: Mind a LiDAR, mind a ToF érzékelők fényt használnak az tárgyokhoz való távolság mérése és a környezet 3D képének létrehozására. De a LiDAR általában lasersugarakat használ, míg a ToF érzékelők másféle fényforrásokat használnak, például LED fényt vagy infravörös fényt.
 
K: Mi az a ToF érzékelő egy telefonszámra?

A ToF mélységkamera képes mélyseg- és távolságértékelést végezni, amely a fotógráfiád következő szintjére emeli. Ismert fénysebességet használva méri a távolságot, hatékonyan kiszámítva azt az időt, ameddig a kamera működik. Ismert fénysebességet használva méri a távolságot, hatékonyan kiszámítva azt az időt, ameddig a visszapattanó sugár visszatér a kamera érzékelőjére.
 

Következtetés

A TOF érzékelőképek nagy potenciállal rendelkeznek különböző területeken való alkalmazásokban, köszönhetően a mélységmérések magas pontosságának és valós idejű teljesítményének. A felbontás korlátainak és a többi objektum zavarásának hátrányai ellenére a TOF érzékelőképek nagyobb áttöréseket és fejlesztéseket foglalkoznak a technológia folyamatos fejlődésével.
 
Mivel az optikai korrekción, a hőmérsékleti elterjedés és más tényezők is hatnak a mélységi pontosságra a ToF-alapú mélységszenzor kamera tervezése során, a Sinoseen, több mint egy évtizedes stereovizív élménnyel, mindent megtesz annak érdekében, hogy segítsünk. Kérjük, bátran lépjen kapcsolatba velünk ha segítségre van szükség.