Wat is een ToF-sensor? Zijn voordelen en nadelen

Wat is een ToF-sensor? Wat doet een ToF-sensor?

Ik weet niet of je vertrouwd bent met sonar detectoren, maar volgens Wikipedia is een sonar detector een elektronisch apparaat dat gebruikmaakt van de eigenschappen van geluidsgolven die zich onder water voortplanten om onderwater taken uit te voeren door elektroacoustische conversie en informatieverwerking.
 
ToF staat voor Time of Flight, en de ToF-sensor werkt zeer vergelijkbaar met een sonar detector. Het wordt gebruikt om objecten te lokaliseren en afstandsmetingen te maken door de tijd te meten die licht nodig heeft om heen en weer te kaatsen tussen de transducer en het object. Een ToF-transducer is een type transducer dat diepte en afstand tot een object meet met behulp van Time of Flight. Vaak worden ToF-sensoren ook wel 'dieptecamera's' of ToF-camera's genoemd.
 
Belangrijkste onderdelen van een ToF-camera systeem

Een time-of-flight camera systeem bestaat uit drie hoofdbestanddelen:

1. ToF-sensor en sensormodule: De sensor is het belangrijkste onderdeel van het ToF-camera systeem. Deze kan weerschijnend licht verzamelen en dit omzetten in dieptedata op pixels. Hoe hoger de resolutie van de sensor, des te beter de kwaliteit van de diepte kaart.
2. Lichtbron: De ToF-camera genereert een lichtbron via een laser of LED. Meestal NIR (Nabije Infrarood) licht met een golflengte van 850nm tot 940nm.
3. Diepte Processor: Helpt bij het converteren van rauwe pixelgegevens en fasagegevens die komen van de beeldsensor naar diepteinformatie. Verschaft een passieve 2D IR (infrarood) afbeelding en helpt ook bij ruisfiltering.

 
Hoe werkt een ToF-sensor?

Zoals we hierboven vermelden, meet de ToF-sensor de afstand tussen de sensor en het te meten object door het tijdsverschil tussen emissie en reflectie van licht te meten, maar wat zijn de stappen om dit te realiseren?
Hier zijn de stappen van de ToF-sensor:

1. Emissie: Een lichtpuls wordt uitgestraald door de ingebouwde infrarood (IR) lichtemitter van de sensor, of andere aanpasbare lichtbron (bijv. laser of LED).
2. Reflectie: De lichtpuls raakt een voorwerp aan en wordt weergegeven aan de sensor.
3. Detector: Met behulp van de ingebouwde detector van de sensor wordt de tijd gemeten die het lichtpuls nodig heeft om van emissie naar het raken van het object en terug te reizen.
4. Afstandsberekening: Met behulp van de gemeten vluchtijd en de bekende lichtsnelheid kan de sensor de afstand tot het object berekenen. Hieronder staat de formule voor de afstandsberekening.

Wat zijn de voordelen van ToF?

Laag stroomverbruik

ToF-technologie gebruikt slechts één infrarood lichtbron om de diepte- en amplitudesinformatie in elk pixel rechtstreeks te meten. Bovendien vereist ToF minder dieptedatabewerking dan andere algoritme-intensieve dieptesensortechnieken zoals gestructureerd licht of stereovisie, waardoor extra stroom op het toepassingsproces wordt bespaard.

 
Hoge Nauwkeurigheid

TOF-sensorcamera's bieden zeer nauwkeurige dieptemetingen met kleine meetfouten en snelle respons-tijden voor toepassingen die zeer nauwkeurige afstandsmetingen vereisen.
 

Real-time

TOF-sensorcamera's kunnen dieptebelden in real-time verwerven, wat nuttig is voor scenario's die snel feedback en real-time toepassingen vereisen.

Breed dynamisch bereik

TOF-sensorcamera's hebben een breed dynamisch bereik dat nauwkeurige dieptemetingen onder verschillende verlichtingsomstandigheden waarborgt, waardoor ze geschikt zijn voor verschillende omgevingen, zowel binnen als buiten de deur.
Lange afstandsmeting
Omdat ToF-sensoren lasers gebruiken, kunnen ze lange afstanden met extreme precisie meten. Daardoor hebben ToF-sensoren de flexibiliteit om objecten van alle vormen en maten op korte en lange afstand te detecteren.
 

Kosteneffectief

In vergelijking met andere 3D-dieptebereikscannertechnologieën zoals gestructureerd licht camera systemen of laser afstandsmeters, zijn ToF-sensoren relatief goedkoop.
 

Wat is het nadeel van TOF?

Ondanks de vele voordelen van ToF, zijn er enkele technische beperkingen.

 
Resolutielimieten

TOF-sensorcamera's die momenteel op de markt beschikbaar zijn, hebben meestal een lage resolutie, wat mogelijk niet voldoende is voor toepassingen die een hoog niveau van detail vereisen.
 

Artifacts door gestrooid licht

Als de oppervlakken van de te meten objecten bijzonder helder zijn en zeer dicht bij de ToF-sensor liggen, kunnen ze te veel licht naar de ontvangstinstallatie strooien en artifacts en ongewenste weerspiegelingen veroorzaken.
 

Meetonzekerheid door meervoudige weerspiegelingen

Bij het gebruik van een ToF-sensor op hoeken en holle oppervlakken kan licht meerdere keren worden weerspiegeld, en deze ongewenste weerspiegelingen introduceren een significante mate van meetonzekerheid.  

Ambientele verlichting beïnvloedt metingen negatief

Bij het gebruik van een ToF-sensor buiten op een zonnige dag kan de hoge intensiteit van het zonlicht rapidesaturatie van de sensorpixels veroorzaken, waardoor het onmogelijk wordt om het werkelijke licht dat van een object wordt weerspiegeld te detecteren.

 
Toepassingsgebieden voor ToF-sensorcamera's

Industriële robots: Met behulp van een real-time 3D dieptekaart van de omgeving kunnen robots objecten en hun bewegingsbereik nauwkeuriger herkennen. Met gebarenherkenning kunnen robots rechtstreeks met mensen interacteren in collaboratieve toepassingen. In industriële toepassingen kunnen robots met 3D-ToF-camera's producten in drie dimensies nauwkeuriger meten en producten met hoge precisie grijpen en plaatsen.

3D-modellering en virtuele realiteit: TOF-sensorcamera's worden breed gebruikt in 3D-modellering en virtuele realiteit. Door hoogwaardige dieptebelden in real time te verkrijgen, kan realistische 3D-reconstructie en een immersieve virtuele realiteitservaring worden gerealiseerd.

Veelgestelde vragen

Q: Is ToF hetzelfde als LiDAR?

A: Zowel LiDAR als ToF-sensoren gebruiken licht om de afstand tot een object te meten en een 3D-afbeelding van de omgeving te creëren. Maar LiDAR gebruikt meestal lasers, terwijl ToF-sensoren verschillende soorten licht gebruiken, zoals LED-licht of infraroodlicht.
 
Q: Wat is een ToF-sensor op een telefoon?

De ToF Depth camera kan diepte en afstand bepalen om je fotografie naar een hoger niveau te tillen. Het gebruikt de bekende snelheid van licht om afstand te meten, effectief de tijd berekenend die het kost voor de camera om te werken. Het gebruikt de bekende snelheid van licht om afstand te meten, effectief de tijd berekenend die het weerschijnende straal nodig heeft om terug te keren naar de camera-sensor.
 

Conclusie

ToF-sensorcamera's hebben grote potentie getoond voor toepassingen in verschillende velden vanwege hun hoge nauwkeurigheid bij dieptemeting en real-time prestaties. Ondanks de nadelen van resolutielimiet en interferentie met meerdere objecten zullen ToF-sensorcamera's grotere doorbraken en verbeteringen zien met de continue ontwikkeling van technologie.
 
Hoewel er factoren zijn zoals optische correctie, temperatuursdrift en andere factoren die de diepte nauwkeurigheid beïnvloeden bij het ontwerpen van een ToF-gebaseerde dieptesensorcamera, staat Sinoseen, met meer dan een decennium ervaring in stereovisie, klaar om u op alle mogelijke manieren te helpen. Aarzel niet om contacteer ons als u hulp nodig hebt.