ToFセンサーとは、その長所と短所

ToFセンサーとは?ToFセンサーは何をしますか?

ソナー探知機について詳しいかわかりませんが、Wikipediaによると、ソナー探知機とは、水中で伝搬する音波の性質を利用して、電気音響変換と情報処理を通じて水中作業を行う電子機器のことです。
 
ToFはTime of Flightの略で、Tofセンサーはソナー探知機と非常によく似た働きをします。これは、光がトランスデューサーから物体に前後に反射するのにかかる時間を測定することにより、物体の位置を特定し、距離測定を行うために使用されます。ToFトランスデューサは、Time of Flightを使用して物体までの深さと距離を測定するトランスデューサの一種です。多くの場合、ToFセンサーは「デプスカメラ」またはToFカメラとも呼ばれます。
 
ToFカメラシステムの主要コンポーネント

Time-of-Flightカメラシステムは、次の3つの主要コンポーネントで構成されています。

1. ToFセンサーとセンサーモジュール:センサーは、ToFカメラシステムの主要コンポーネントです。反射光を収集し、ピクセル上の深度データに変換することができます。センサーの解像度が高いほど、深度マップの品質は向上します。
2. 光源：ToFカメラは、レーザーまたはLEDを介して光源を生成します。通常はNIR(近赤外線)ライト波長は850nmから940nmです。
3. デプスプロセッサ:イメージセンサーからの生のピクセルデータと位相データを深度情報に変換するのに役立ちます。パッシブ2D IR(赤外線)画像を提供し、ノイズフィルタリングにも役立ちます。

 
ToFセンサーはどのように機能しますか?

ToFセンサーは、前述したように、光の放射と反射の時間差を測定することで、センサーと測定対象物との距離を測定するものですが、それを実現するためのステップはどのようなものなのでしょうか。
ToFセンサーの手順は次のとおりです。

1. 放射:光のパルスは、センサーの内蔵赤外線(IR)発光器、またはその他の調整可能な光源(レーザーやLEDなど)によって放出されます。
2. 反射:光パルスは物体に触れ、反射されてセンサーに戻ります。 
3. 検出器:センサーの内蔵検出器を使用して、光パルスが放射から物体に接触し、再び移動するまでの時間が測定されます。
4. 距離計算:測定された飛行時間と既知の光速を使用して、センサーは物体までの距離を計算できます。以下は距離の計算式です。

ToFの利点は何ですか?

低消費電力

ToFテクノロジーは、1つの赤外線光源のみを使用して、各ピクセルの深度と振幅の情報を直接測定します。さらに、ToFは、ストラクチャードライトやステレオビジョンなどの他のアルゴリズム集約型の深度センシング技術よりも深度データ処理が少なくて済むため、アプリケーションプロセスに追加の電力を節約できますo

 
高精度

TOFセンサーカメラは、高精度な距離測定を必要とするアプリケーション向けに、測定誤差が小さく、応答時間が短い高精度の深度測定を提供します。
 

リアルタイム

TOFセンサーカメラは、リアルタイムで深度画像を取得できるため、迅速なフィードバックやリアルタイムアプリケーションが必要なシナリオに役立ちます。

ワイドダイナミックレンジ

TOFセンサーカメラは、さまざまな照明条件下で正確な深度測定を維持する広いダイナミックレンジを備えているため、屋内外のさまざまな環境に適しています。
長距離測定
ToFセンサはレーザーを使用しているため、非常に正確な長距離を測定できます。その結果、ToFセンサは、あらゆる形状とサイズの近くの物体と遠くの物体を検出できる柔軟性を備えています。
 

費用 対 効果

ストラクチャードライトなどの他の3D深度範囲スキャン技術との比較カメラシステムまたはレーザー距離計、ToFセンサーは比較的安価です。
 

TOFの欠点は何ですか?

ToFには多くの利点がありますが、いくつかの技術的な制限があります。

 
解像度の制限

現在市場に出回っているTOFセンサーカメラは、通常、解像度が低いため、高レベルのディテールを必要とするアプリケーションには十分でない場合があります。
 

散乱光によるアーティファクト

測定対象物の表面が特に明るく、ToFセンサーに非常に近い場合、レシーバーに光を散乱させすぎて、アーチファクトや不要な反射を引き起こす可能性があります。
 

多重反射による測定の不確かさ

コーナーや凹面にToFセンサを使用すると、光が複数回反射される可能性があり、これらの不要な反射により、測定に大きな不確実性が生じます。 

周囲光が測定に悪影響を与える

晴れた日に屋外でToFセンサーを使用すると、太陽光の強度が高いため、センサーのピクセルが急速に飽和し、物体から反射された実際の光を検出できなくなる可能性があります。

 
ToFセンサーカメラの応用分野

産業用ロボット:環境のリアルタイム3D深度マップの助けを借りて、ロボットはオブジェクトとその移動範囲をより正確に認識することができます。ジェスチャー認識により、ロボットは協調アプリケーションで人と直接対話できます。産業用途では、3D-ToFカメラを搭載したロボットにより、あらゆる製品を3次元でより正確に測定し、製品を高精度でつかんで配置することができます。

3Dモデリングとバーチャルリアリティ:TOFセンサーカメラは、3Dモデリングやバーチャルリアリティで広く使用されています。高品質な深度画像をリアルタイムに取得することで、臨場感あふれる3D再構成や没入感のあるバーチャルリアリティ体験を実現します。

FAQ

Q:ToFはLiDARと同じですか?

A:LiDARセンサーとToFセンサーはどちらも光を使用して物体までの距離を測定し、環境の3D画像を作成します。しかし、LiDARは通常レーザーを使用しますが、ToFセンサーはLED光や赤外線など、さまざまな種類の光を使用します。
 
Q:電話のToFセンサーとは何ですか?

A:ToF深度カメラは、深度と距離を判断して、写真を次のレベルに引き上げることができます。既知の光速を使用して距離を測定し、カメラが動作するのにかかる時間を効果的に計算します。既知の光速を使用して距離を測定し、反射ビームがカメラセンサーに戻るのにかかる時間を効果的に計算します。
 

結論

TOFセンサーカメラは、深度測定の精度が高く、リアルタイム性能が高いため、さまざまな分野でのアプリケーションに大きな可能性を示しています。解像度制限とマルチオブジェクト干渉の欠点にもかかわらず、TOFセンサーカメラは、技術の継続的な開発により、より大きなブレークスルーと改善が見られます。
 
ToFベースの深度センサーカメラの設計には、光学補正、温度ドリフト、および深度精度に影響を与えるその他の要因がありますが、ステレオビジョンで10年以上の経験を持つSinoseenは、最大限にお手伝いします。お気軽にお問い合わせくださいお 問い合わせあなたが何か助けが必要な場合。