Apa itu sensor ToF? Kelebihan dan kekurangannya

Apa itu sensor ToF? Apa fungsi dari sensor ToF?

Saya tidak tahu apakah Anda familiar dengan detektor sonar, tetapi menurut Wikipedia, detektor sonar adalah perangkat elektronik yang memanfaatkan sifat gelombang suara yang merambat di bawah air untuk melakukan tugas-tugas bawah air melalui konversi elektroakustik dan pemrosesan informasi.
 
ToF adalah singkatan dari Time of Flight, dan sensor ToF bekerja sangat mirip dengan detektor sonar. Sensor ini digunakan untuk menentukan lokasi objek dan melakukan pengukuran jarak dengan mengukur waktu yang diperlukan bagi cahaya untuk memantul bolak-balik dari transduser ke objek. Transduser ToF adalah jenis transduser yang mengukur kedalaman dan jarak ke suatu objek melalui penggunaan metode Time of Flight. Sering kali, sensor ToF juga disebut "kamera kedalaman" atau kamera ToF.
 
Komponen Utama Sistem Kamera ToF

Sistem kamera time-of-flight terdiri dari tiga komponen utama:

1. Sensor ToF dan Modul Sensor: Sensor adalah komponen utama dari sistem kamera ToF. Sensor ini mampu mengumpulkan cahaya yang dipantulkan dan mengonversinya menjadi data kedalaman pada piksel. Semakin tinggi resolusi sensor, semakin baik kualitas peta kedalaman.
2. Sumber Cahaya: Kamera ToF menghasilkan sumber cahaya melalui laser atau LED. Biasanya NIR (Near Infrared) cahaya dengan panjang gelombang 850nm hingga 940nm.
3. Pemroses Kedalaman: Membantu mengonversi data piksel mentah dan data fasa yang berasal dari sensor gambar menjadi informasi kedalaman. Menyediakan gambar IR (inframerah) 2D pasif dan juga membantu dalam penyaringan noise.

 
Bagaimana cara kerja sensor ToF?

Seperti yang kami sebutkan di atas, sensor ToF mengukur jarak antara sensor dan objek yang diukur dengan mengukur perbedaan waktu antara emisi dan pantulan cahaya, jadi apa langkah-langkah untuk mewujudkannya?
Berikut adalah langkah-langkah sensor ToF:

1. Emisi: Sebuah denyut cahaya dikeluarkan oleh emitter cahaya inframerah (IR) bawaan sensor, atau sumber cahaya lain yang dapat disesuaikan (misalnya laser atau LED).
2. Refleksi: Impuls cahaya menyentuh objek dan tercermin kembali ke sensor.
3. Detektor: Menggunakan detektor bawaan sensor, waktu yang dibutuhkan oleh denyut cahaya untuk bergerak dari emisi hingga menyentuh objek dan kembali diukur.
4. Perhitungan jarak: Menggunakan waktu tempuh yang diukur dan kecepatan cahaya yang diketahui, sensor dapat menghitung jarak ke objek. Berikut adalah rumus untuk menghitung jarak.

Apa keuntungan dari ToF?

Konsumsi daya rendah

Teknologi ToF hanya menggunakan satu sumber cahaya inframerah untuk mengukur langsung informasi kedalaman dan amplitudo pada setiap piksel. Selain itu, ToF memerlukan pengolahan data kedalaman yang lebih sedikit dibandingkan teknik penginderaan kedalaman lainnya yang intensif algoritma seperti cahaya terstruktur atau visi stereo, sehingga menghemat daya tambahan pada prosesor aplikasi.

 
Akurasi Tinggi

Kamera sensor TOF memberikan pengukuran kedalaman yang sangat akurat dengan kesalahan pengukuran kecil dan waktu respons cepat untuk aplikasi yang membutuhkan pengukuran jarak sangat akurat.
 

Waktu nyata

Kamera sensor TOF dapat memperoleh gambar kedalaman secara real time, yang berguna untuk skenario yang memerlukan umpan balik cepat dan aplikasi real-time.

Rentang dinamis yang luas

Kamera sensor TOF memiliki rentang dinamis yang luas yang mempertahankan pengukuran kedalaman akurat di bawah berbagai kondisi pencahayaan, membuatnya cocok untuk berbagai lingkungan baik di dalam ruangan maupun di luar ruangan.
Pengukuran Jarak Jauh
Karena sensor ToF menggunakan laser, mereka mampu mengukur jarak jauh dengan akurasi ekstrem. Sebagai hasilnya, sensor ToF memiliki fleksibilitas untuk mendeteksi objek dekat dan jauh dalam berbagai bentuk dan ukuran.
 

Hemat Biaya

Dibandingkan dengan teknologi pemindaian kedalaman 3D lainnya seperti cahaya terstruktur sistem kamera atau pengukur jarak laser, sensor ToF relatif murah.
 

Apa kelemahan TOF?

Meskipun banyak manfaat dari ToF, ada beberapa batasan teknis.

 
Batasan Resolusi

Kamera sensor TOF yang tersedia di pasar saat ini biasanya memiliki resolusi rendah, yang mungkin tidak cukup untuk aplikasi yang memerlukan tingkat detail tinggi.
 

Artifak dari cahaya tersebar

Jika permukaan objek yang akan diukur sangat terang dan sangat dekat dengan sensor ToF, mereka dapat menyebarkan terlalu banyak cahaya ke penerima dan menciptakan artefak serta pantulan yang tidak diinginkan.
 

Ketidakpastian pengukuran akibat pantulan berganda

Ketika menggunakan sensor ToF pada sudut dan permukaan cekung, cahaya dapat dipantulkan beberapa kali, dan pantulan yang tidak diinginkan ini memperkenalkan ketidakpastian pengukuran yang signifikan.  

Cahaya latar belakang memengaruhi pengukuran secara negatif

Ketika menggunakan sensor ToF di luar ruangan pada hari cerah, intensitas tinggi sinar matahari dapat menyebabkan saturasi cepat pada piksel sensor, sehingga mustahil untuk mendeteksi cahaya yang sebenarnya tercermin dari objek.

 
Bidang aplikasi untuk kamera sensor ToF

Robot industri: Dengan bantuan peta kedalaman 3D waktu-nyata dari lingkungan, robot mampu mengenali objek dan jangkauan gerakan mereka dengan lebih akurat. Dengan pengenalan gerakan tangan, robot dapat berinteraksi langsung dengan manusia dalam aplikasi kolaboratif. Dalam aplikasi industri, robot dengan kamera 3D-ToF dapat mengukur produk apa pun dalam tiga dimensi dengan lebih akurat dan menggenggam serta menempatkan produk dengan presisi tinggi.

pemodelan 3D dan Realitas Virtual: Kamera sensor TOF digunakan secara luas dalam pemodelan 3D dan realitas virtual. Dengan memperoleh gambar kedalaman berkualitas tinggi secara real time, rekonstruksi 3D yang realistis dan pengalaman realitas virtual yang imersif dapat diwujudkan.

FAQ

Q: Apakah TOF sama dengan LiDAR?

A: Baik LiDAR maupun sensor TOF menggunakan cahaya untuk mengukur jarak ke objek dan membuat gambar 3D dari lingkungan. Namun, LiDAR biasanya menggunakan laser, sementara sensor TOF menggunakan berbagai jenis cahaya, seperti cahaya LED atau inframerah.
 
Q: Apa itu sensor TOF pada ponsel?

A: Kamera Depth TOF dapat menilai kedalaman dan jarak untuk membawa fotografi Anda ke level berikutnya. Ini menggunakan kecepatan cahaya yang diketahui untuk mengukur jarak, secara efektif menghitung waktu yang diperlukan untuk bekerja. Ini menggunakan kecepatan cahaya yang diketahui untuk mengukur jarak, secara efektif menghitung waktu yang diperlukan bagi sinar pantulan untuk kembali ke sensor kamera.
 

Kesimpulan

Kamera sensor TOF telah menunjukkan potensi besar untuk aplikasi di berbagai bidang karena tingginya akurasi pengukuran kedalaman dan kinerja waktu-nyata. Meskipun ada kelemahan seperti batasan resolusi dan gangguan multi-objek, kamera sensor TOF akan melihat terobosan dan peningkatan yang lebih besar dengan perkembangan teknologi yang terus-menerus.
 
Meskipun ada faktor seperti koreksi optik, drift suhu, dan faktor lainnya yang memengaruhi akurasi kedalaman dalam merancang kamera sensor kedalaman berbasis ToF, Sinoseen, dengan lebih dari satu dekade pengalaman dalam visi stereo, siap membantu Anda sebaik mungkin. Silakan jangan ragu untuk hubungi Kami jika Anda membutuhkan bantuan apa pun.