מהו חיישן ToF?יתרונותיו וחסרונותיו

מהו חיישן ToF? מה עושה חיישן ToF?

אני לא יודע אם אתה מכיר גלאי סונאר, אבל על פי ויקיפדיה, גלאי סונאר הוא מכשיר אלקטרוני המנצל את התכונות של גלי קול המתפשטים מתחת למים לביצוע משימות מתחת למים באמצעות המרה אלקטרואקוסטית ועיבוד מידע.
 
ToF מייצג את Time of Flight, וחיישן Tof פועל באופן דומה מאוד לגלאי סונאר. הוא משמש כדי למקם אובייקטים ולבצע מדידות מרחק על ידי מדידת הזמן שלוקח לאור להחזיר קדימה ואחורה מהמתמר אל האובייקט. מתמר ToF הוא סוג של מתמר המודד עומק ומרחק לאובייקט באמצעות שימוש בזמן טיסה. לעתים קרובות, חיישני ToF נקראים גם "מצלמות עומק" או מצלמות ToF.
 
רכיבים עיקריים של מערכת מצלמות ToF

מערכת מצלמות זמן טיסה מורכבת משלושה מרכיבים עיקריים:

1. חיישן ToF ומודול חיישן:החיישן הוא הרכיב העיקרי במערכת מצלמות ToF. הוא מסוגל לאסוף אור מוחזר ולהמיר אותו לנתוני עומק על פיקסלים. ככל שהרזולוציה של החיישן גבוהה יותר, כך איכות מפת העומק טובה יותר.
2. מקור אור:מצלמת ToF מייצרת מקור אור באמצעות לייזר או LED. בדרך כללNIR (בקרבת אינפרא אדום) אורעם אורך גל של 850nm עד 940nm.
3. מעבד עומק:מסייע להמיר נתוני פיקסלים גולמיים ונתוני פאזה המגיעים מחיישן התמונה למידע עומק. מספק תמונה פסיבית דו-ממדית אינפרא אדום (Infrared) וגם מסייע בסינון רעשים.

 
כיצד פועל חיישן ToF?

כפי שהזכרנו לעיל, חיישן ToF מודד את המרחק בין החיישן לאובייקט שיש למדוד על ידי מדידת הפרש הזמן בין פליטת האור להחזרתו, אז מהם השלבים למימושו?
להלן השלבים של חיישן ToF:

1. פליטה: פולס אור נפלט על ידי פולט אור אינפרא אדום (IR) מובנה של החיישן, או מקור אור מתכוונן אחר (למשל לייזר או LED).
2. השתקפות: פולס האור נוגע בעצם ומוחזר חזרה לחיישן. 
3. גלאי: באמצעות הגלאי המובנה של החיישן, נמדד הזמן שלוקח לפולס האור לעבור מפליטה למגע בעצם ובחזרה.
4. חישוב מרחק: באמצעות זמן הטיסה הנמדד ומהירות האור הידועה, החיישן יכול לחשב את המרחק לאובייקט. להלן הנוסחה לחישוב מרחק.

מהם היתרונות של ToF?

צריכת חשמל נמוכה

טכנולוגיית ToF משתמשת רק במקור אור אינפרא אדום אחד כדי למדוד ישירות את נתוני העומק והמשרעת בכל פיקסל. בנוסף, ToF דורש עיבוד נתוני עומק פחות מאשר טכניקות חישת עומק עתירות אלגוריתמים אחרות כגון אור מובנה או ראיית סטריאו, ובכך חוסך כוח נוסף על תהליך היישום

 
דיוק גבוה

מצלמות חיישן TOF מספקות מדידות עומק מדויקות ביותר עם שגיאות מדידה קטנות וזמני תגובה מהירים עבור יישומים הדורשים מדידות מרחק מדויקות ביותר.
 

בזמן אמת

מצלמות חיישן TOF יכולות לקבל תמונות עומק בזמן אמת, דבר שימושי עבור תרחישים הדורשים משוב מהיר ויישומים בזמן אמת.

טווח דינמי רחב

למצלמות חיישן TOF יש טווח דינמי רחב השומר על מדידות עומק מדויקות בתנאי תאורה משתנים, מה שהופך אותן למתאימות למגוון סביבות הן בתוך הבית והן בחוץ.
מדידה למרחקים ארוכים
מכיוון שחיישני ToF משתמשים בלייזרים, הם מסוגלים למדוד מרחקים ארוכים בדיוק רב. כתוצאה מכך, לחיישני ToF יש את הגמישות לזהות עצמים קרובים ורחוקים מכל הצורות והגדלים.
 

חסכונית

בהשוואה לטכנולוגיות סריקה אחרות של טווח עומק תלת-ממדי, כגון תאורה מובניתמערכות מצלמותאו מד טווח לייזר, חיישני ToF זולים יחסית.
 

מה החיסרון של TOF?

למרות היתרונות הרבים של ToF, ישנן כמה מגבלות טכניות.

 
מגבלות פתרון

מצלמות חיישן TOF הזמינות כיום בשוק הן בדרך כלל בעלות רזולוציה נמוכה, אשר עשויה שלא להספיק עבור יישומים הדורשים רמת פירוט גבוהה.
 

ממצאים מאור מפוזר

אם המשטחים של העצמים שיימדדו בהירים במיוחד וקרובים מאוד לחיישן ToF, הם יכולים לפזר יותר מדי אור לתוך המקלט וליצור חפצים והשתקפויות לא רצויות.
 

אי ודאות מדידה עקב השתקפויות מרובות

בעת שימוש בחיישן ToF בפינות ובמשטחים קעורים, האור עשוי להיות מוחזר מספר פעמים, וההשתקפויות הלא רצויות הללו מציגות אי ודאות מדידה משמעותית. 

תאורת הסביבה משפיעה לרעה על המדידות

בעת שימוש בחיישן ToF בחוץ ביום שמש, העוצמה הגבוהה של אור השמש עלולה לגרום לרוויה מהירה של פיקסלים של החיישן, מה שהופך את זה לבלתי אפשרי לזהות את האור המוחזר בפועל מאובייקט.

 
אזורי יישום עבור מצלמות חיישן ToF

רובוטים תעשייתיים:בעזרת מפת עומק תלת ממדית בזמן אמת של הסביבה, רובוטים מסוגלים לזהות אובייקטים ואת טווח התנועה שלהם בצורה מדויקת יותר. באמצעות זיהוי מחוות, רובוטים יכולים לקיים אינטראקציה ישירה עם אנשים ביישומים שיתופיים. ביישומים תעשייתיים, רובוטים עם מצלמות 3D-ToF מסוגלים למדוד בצורה מדויקת יותר כל מוצר בתלת מימד ולתפוס ולמקם מוצרים בדיוק גבוה.

מידול תלת מימד ומציאות מדומה:מצלמות חיישן TOF נמצאות בשימוש נרחב במידול תלת מימד ובמציאות מדומה. על ידי רכישת תמונות עומק באיכות גבוהה בזמן אמת, ניתן לממש שחזור תלת-ממדי מציאותי וחוויות מציאות מדומה סוחפות.

שאלות נפוצות

ש:האם ToF זהה ל- LiDAR?

ת: חיישני LiDAR וחיישני ToF משתמשים באור כדי למדוד את המרחק לאובייקט וליצור תמונה תלת-ממדית של הסביבה. אבל LiDAR משתמש בדרך כלל בלייזרים, בעוד חיישני ToF משתמשים בסוגים שונים של אור, כגון אור LED או אור אינפרא אדום.
 
ש: מהו חיישן ToF בטלפון?

ת: מצלמת ToF Depth יכולה לשפוט עומק ומרחק כדי לקחת את הצילום שלך לשלב הבא. הוא משתמש במהירות האור הידועה כדי למדוד מרחק, ומחשב ביעילות את הזמן שלוקח למצלמה לעבוד. הוא משתמש במהירות האור הידועה כדי למדוד מרחק, ומחשב ביעילות את הזמן שלוקח לקרן המוחזרת לחזור לחיישן המצלמה.
 

מסקנה

מצלמות חיישן TOF הראו פוטנציאל גדול ליישומים בתחומים שונים בשל הדיוק הגבוה של מדידת עומק וביצועים בזמן אמת. למרות החסרונות של הגבלת רזולוציה והפרעות מרובות אובייקטים, מצלמות חיישן TOF יראו פריצות דרך ושיפורים גדולים יותר עם התפתחות מתמשכת של הטכנולוגיה.
 
למרות שישנם גורמים כגון תיקון אופטי, סחף טמפרטורה וגורמים אחרים המשפיעים על דיוק העומק בתכנון מצלמת חיישן עומק מבוססת ToF, Sinoseen, עם יותר מעשור של ניסיון בראייה סטריאופונית, כאן כדי לעזור לך במידה המלאה. אל תהססצור קשראם אתה זקוק לעזרה כלשהי.