Apa itu sensor ToF? Kelebihan dan kekurangannya

Apa itu sensor ToF? Apa yang dilakukan oleh sensor ToF?

Saya tidak tahu sama ada anda familiar dengan pengesan sonar, tetapi mengikut Wikipedia, pengesan sonar adalah peranti elektronik yang menggunakan sifat gelombang suara yang merebak di bawah air untuk menjalankan tugasan bawah air melalui penukaran elektroakustik dan pemprosesan maklumat.
 
ToF singkatan untuk Masa Penerbangan, dan sensor Tof berfungsi sangat serupa dengan pengesan sonar. Ia digunakan untuk menentukan kedudukan objek dan membuat pengukuran jarak dengan mengukur masa yang diperlukan bagi cahaya untuk mencerminkan ke hadapan dan ke belakang dari transduser kepada objek. Transduser ToF adalah jenis transduser yang mengukur kedalaman dan jarak kepada objek melalui penggunaan Masa Penerbangan. Kerap kali, sensor ToF juga dipanggil 'kamera kedalaman' atau kamera ToF.
 
Komponen Utama Sistem Kamera ToF

Sistem kamera masa-penerbangan terdiri daripada tiga komponen utama:

1. Sensor ToF dan Modul Sensor: Sensor adalah komponen utama sistem kamera ToF. Ia mampu mengumpul cahaya yang dipantulkan dan menukarnya kepada data kedalaman pada piksel. Semakin tinggi resolusi sensor, semakin baik kualiti peta kedalaman.
2. Sumber cahaya: Kamera ToF menghasilkan sumber cahaya melalui laser atau LED. Biasanya NIR (Inframerah Dekat) dengan panjang gelombang 850nm hingga 940nm.
3. Pemproses Kedalaman: Membantu menukar data piksel mentah dan data fasa yang datang dari sensor imej kepada maklumat kedalaman. Menyediakan imej 2D IR (inframerah) pasif dan juga membantu dalam penapisan bunyi.

 
Bagaimana sensor ToF berfungsi?

Seperti yang kita sebutkan di atas, sensor ToF mengukur jarak antara sensor dan objek yang hendak diukur dengan mengukur perbezaan masa antara pemancaran dan pantulan cahaya, jadi apakah langkah-langak untuk mencapainya?
Berikut adalah langkah-langkah sensor ToF:

1. Pemancaran: Impuls cahaya dipancarkan oleh penerbit cahaya inframerah (IR) yang terbina dalam pengesan, atau sumber cahaya lain yang boleh disesuaikan (contohnya laser atau LED).
2. Pencerminan: Impul cahaya menyentuh objek dan dipantulkan kembali ke sensor.
3. Pendeteksi: Menggunakan pendeteksi yang terbina dalam pengesan, masa yang diperlukan untuk impuls cahaya bergerak dari pemancaran hingga menyentuh objek dan kembali diukur.
4. Perhitungan jarak: Menggunakan masa perjalanan yang diukur dan kelajuan cahaya yang diketahui, pengesan dapat mengira jarak kepada objek. Berikut adalah formula untuk mengira jarak.

Apakah kelebihan ToF?

Penggunaan kuasa yang rendah

Teknologi ToF hanya menggunakan satu sumber cahaya inframerah untuk mengukur maklumat kedalaman dan amplitud secara langsung dalam setiap piksel. Selain itu, ToF memerlukan pengolahan data kedalaman yang lebih sedikit berbanding teknik pengesan kedalaman lain yang bergantung kepada algoritma seperti cahaya struktur atau visi stereo, dengan itu mengelurkan kuasa tambahan pada prosesor aplikasi.

 
Ketepatan Tinggi

Kamera sensor TOF menyediakan pengukuran kedalaman yang sangat tepat dengan ralat pengukuran kecil dan masa tindak balas pantas untuk aplikasi yang memerlukan pengukuran jarak yang sangat tepat.
 

Masa nyata

Kamera sensor TOF boleh memperoleh imej kedalaman secara real-time, yang berguna untuk senario yang memerlukan maklum balas pantas dan aplikasi real-time.

Julat dinamik yang luas

Kamera sensor TOF mempunyai julat dinamik yang luas yang mengekalkan pengukuran kedalaman yang tepat di bawah keadaan pencahayaan yang berbeza, menjadikannya sesuai untuk pelbagai persekitaran baik di dalam maupun luar ruangan.
Pengukuran Jarak Jauh
Kerana sensor ToF menggunakan laser, ia mampu mengukur jarak jauh dengan ketepatan yang luar biasa. Sebagai hasilnya, sensor ToF mempunyai fleksibiliti untuk mengesan objek dekat dan jauh dalam pelbagai bentuk dan saiz.
 

Kos Berkesan

Berbanding dengan teknologi pemindaan julat kedalaman 3D lain seperti cahaya terstruktur sistem kamera atau pemeta jarak laser, sensor ToF relatif murah.
 

Apakah kelemahan TOF?

Walaupun terdapat banyak kelebihan ToF, terdapat beberapa keterbatasan teknikal.

 
Keterbatasan Resolusi

Kamera sensor TOF yang kini tersedia di pasaran biasanya mempunyai resolusi rendah, yang mungkin tidak mencukupi untuk aplikasi yang memerlukan tahap butiran yang tinggi.
 

Artifak daripada cahaya tersebar

Jika permukaan objek yang hendak diukur sangat cerah dan sangat dekat dengan sensor ToF, ia boleh menyebar terlalu banyak cahaya kepada penerima dan mencipta artifak serta pantulan yang tidak diingini.
 

Ketidakpastian pengukuran disebabkan oleh pantulan berulang

Apabila menggunakan sensor ToF pada sudut dan permukaan cekung, cahaya mungkin dipantulkan beberapa kali, dan pantulan yang tidak diingini ini memperkenalkan ketidakpastian pengukuran yang signifikan.  

Cahaya sekeliling mengganggu pengukuran

Apabila menggunakan sensor ToF di luar ruangan pada hari yang cerah, intensiti tinggi cahaya matahari boleh menyebabkan penyusutan pantas pixel sensor, membuat mustahil untuk mengesan cahaya sebenar yang dipantulkan dari objek.

 
Kawasan aplikasi untuk kamera sensor ToF

Robot industri: Dengan bantuan peta kedalaman 3D real-time bagi persekitaran, robot mampu mengenali objek dan julat pergerakan mereka dengan lebih tepat. Dengan pengenalan isyarat gerak, robot boleh berinteraksi secara langsung dengan manusia dalam aplikasi kolaboratif. Dalam aplikasi industri, robot dengan kamera 3D-ToF mampu mengukur mana-mana produk dalam tiga dimensi dengan lebih tepat dan menggenggam serta meletakkan produk dengan kejituan tinggi.

pemodelan 3D dan Realiti Maya: Kamera sensor TOF digunakan secara meluas dalam pemodelan 3D dan realiti maya. Dengan memperoleh imej kedalaman berkualiti tinggi secara real-time, pembinaan semula 3D yang realistik dan pengalaman realiti maya yang imersif dapat direalisasikan.

S&A

Q: Adakah ToF sama dengan LiDAR?

A: Baik LiDAR mahupun sensor ToF menggunakan cahaya untuk mengukur jarak kepada objek dan mencipta imej 3D bagi persekitaran. Tetapi LiDAR biasanya menggunakan laser, manakala sensor ToF menggunakan pelbagai jenis cahaya, seperti cahaya LED atau cahaya inframerah.
 
Q: Apakah itu sensor ToF pada telefon?

A: Kamera ToF Depth boleh menilai kedalaman dan jarak untuk membawa fotografi anda ke peringkat yang lebih tinggi. Ia menggunakan kelajuan cahaya yang diketahui untuk mengukur jarak, secara berkesan mengira masa yang diperlukan untuk kamera berfungsi. Ia menggunakan kelajuan cahaya yang diketahui untuk mengukur jarak, secara berkesan mengira masa yang diperlukan untuk sinaran pantulan kembali ke sensor kamera.
 

Kesimpulan

Kamera pengesan TOF telah menunjukkan potensi besar dalam aplikasi di pelbagai bidang kerana ketepatan pengukuran kedalaman yang tinggi dan prestasi real-time. Walaupun terdapat kelemahan seperti had takrifan dan gangguan objek berganda, kamera pengesan TOF akan melihat penemuan dan peningkatan yang lebih besar dengan perkembangan teknologi yang berterusan.
 
Walaupun terdapat faktor seperti koreksi optik, perubahan suhu dan faktor lain yang mempengaruhi kejituan kedalaman dalam mendesain kamera sensor kedalaman berdasarkan ToF, Sinoseen, dengan lebih dari satu dekad pengalaman dalam visi stereo, di sini untuk membantu anda sebaik mungkin. Jangan ragu untuk hubungi kami jika anda memerlukan sebarang bantuan.