Hva er en ToF-sensor? Dets fordeler og ulemper

Hva er en ToF-sensor? Hva gjør en ToF-sensor?

Jeg vet ikke om du er kjent med sonardetektorer, men ifølge Wikipedia er en sonardetektor en elektronisk enhet som utnytter egenskapene til lydbølger som spres under vann for å utføre undervannsoppgaver gjennom elektroakustisk konvertering og informasjonsbehandling.
 
ToF står for Time of Flight, og ToF-sensoren fungerer veldig likt en sonardetektor. Den brukes til å lokaliser objekter og gjøre avstandsmålinger ved å måle tiden det tar for lys å reflektere fram og tilbake fra transduceren til objektet. En ToF-transducer er en type transducer som måler dybde og avstand til et objekt ved å bruke Time of Flight. Ofte kalles ToF-sensorene også «dybdekamera» eller ToF-kamera.
 
Nøkkelenheter i et ToF-kamerasystem

Et time-of-flight-kamerasystem består av tre hovedkomponenter:

1. ToF-sensor og sensor-modul: Sensoren er den viktigste komponenten i ToF-kamera systemet. Den kan samle inn reflektert lys og konvertere det til dybde-data på piksler. Jo høyere oppløsning sensoren har, jo bedre kvalitet på dybdekartet.
2. Lyskilde: ToF-kameraet genererer et lyskilde gjennom en laser eller LED. Vanligvis NIR (nær infrarød) lys med en bølgelengde på 850nm til 940nm.
3. Dybdeprosessor: Hjelper med å konvertere rå pikseldata og fase-data fra bilde sensoren til dybdeinformasjon. Gir passiv 2D IR (infrarød) bilde og hjelper også med støyfiltrering.

 
Hvordan fungerer en ToF-sensor?

Som nevnt ovenfor, måler ToF-sensor avstanden mellom sensoren og objektet som skal måles ved å måle tidsforskjellen mellom utslipp og refleksjon av lys, så hva er trinnene for å realisere dette?
Her er trinnene for en ToF-sensor:

1. Utseiling: Et lysimpuls sendes ut av sensorens innebygde infrarøde (IR) lysutsetter, eller annen justerbart lyskilde (f.eks. laser eller LED).
2. Refleksjon: Lysimpulsen berører et objekt og reflekteres tilbake til sensoren.
3. Detektor: Ved å bruke det innebygde detektoren i sensoren, måles tiden det tar for lysimpulsen å reise fra utsendelse til å treffe objektet og tilbake.
4. Avstandsberegning: Ved å bruke den målte flytiden og den kjente lyshastigheten kan sensoren beregne avstanden til objektet. Følgende er formelen for å beregne avstand.

Hva er fordelsene ved ToF?

Lave strømforbruk

ToF-teknologien bruker bare én infrarød lyskilde for å måle dybde- og amplitudinformasjon i hver piksel direkte. I tillegg krever ToF mindre prosessering av dybdedata enn andre algoritmefunksjonstunge dybdesensortechnikker som strukturert lys eller stereovisjon, noe som sparer ekstra strøm på applikasjonsprosessen.

 
Høy nøyaktighet

TOF-sensor kamere gir veldig nøyaktige dybdemål med små målefeil og rask respons for applikasjoner som krever høy nøyaktighet i avstandsmaal.
 

Sanntids

TOF-sensor kamere kan oppfatte dybdebilder i sanntid, noe som er nyttig for situasjoner som krever rask tilbakemelding og sanntidsapplikasjoner.

Bred Dynamisk Omfang

TOF-sensor kamere har et bredt dynamisk område som opprettholder nøyaktige dybdemålinger under varierende belysningsforhold, hvilket gjør dem egnet for en rekke miljøer både innendørs og utedørs.
Langdistansemåling
Fordi TOF-sensorene bruker laser, kan de måle lange avstander med ekstrem nøyaktighet. Som resultat har TOF-sensorene fleksibilitet til å oppdage nær og fjerne objekter av alle former og størrelser.
 

Kostnadseffektiv

I sammenligning med andre 3D-dybdeområdeskanningsteknologier som strukturert lys kamera systemer eller laserskannere, er TOF-sensorene relativt billige.
 

Hva er ulempe ved TOF?

Trot på de mange fordeler ved TOF, finnes det noen tekniske begrensninger.

 
Oppløsningsbegrensninger

TOF-sensor kamere som er tilgjengelige på markedet i dag har vanligvis en lav oppløsning, noe som kan være utilstrekkelig for anvendelser som krever høy detaljenivå.
 

Artifakter fra streuende lys

Hvis overflatene på de objektene som skal måles er spesielt lyse og veldig nær ToF-sensoren, kan de streue for mye lys inn i mottakeren og opprette artifakter og uønskede refleksjoner.
 

Måleusikkerhet grunnet flere refleksjoner

Når en bruker en ToF-sensor på hjørner og hulne overflater, kan lyset bli reflektert flere ganger, og disse uønskede refleksjonene fører til betydelig måleusikkerhet.  

Dagslys påvirker målinger negativt

Når en bruker en ToF-sensor ute på en solrig dag, kan den høye intensiteten av sollyset føre til rask saturering av sensorens piksler, noe som gjør det umulig å oppdage det faktiske lyset som reflekteres fra et objekt.

 
Anvendelsesområder for ToF-sensor kamere

Industrielle roboter: Med hjelp av en reeltids 3D-djupkart av miljøet kan roboter kjenne igjen objekter og deres bevegelsesområde mer nøyaktig. Med gestanerkjennelse kan roboter interagere direkte med mennesker i kolaborative applikasjoner. I industrielle applikasjoner kan roboter med 3D-ToF-kameraer måle enhver produkt i tre dimensjoner mer nøyaktig og gripe og plassere produkter med høy presisjon.

3D-modellering og virtuell virkelighet: TOF-sensor kamere brukes utelukkende i 3D-modellering og virtuell virkelighet. Ved å oppnå høykvalitets djupbilder i reeltid, kan realistisk 3D-rekonstruksjon og immersive virtuelle virkelighetsopplevelser realiseres.

FAQ

Q: Er ToF det samme som LiDAR?

A: Både LiDAR og ToF-sensorer bruker lys for å måle avstanden til et objekt og opprette en 3D-bilde av miljøet. Men LiDAR bruker typisk laser, mens ToF-sensorer bruker ulike typer lys, som LED-lys eller infrarødlys.
 
Q:Hva er en ToF-sensor på et telefon?

A: ToF-dypkameraet kan vurdere dybde og avstand for å ta din fotografi til neste nivå. Det bruker den kjente farts av lyset for å måle avstand, effektivt beregnende tiden det tar for kameraet til å fungere. Det bruker den kjente farten på lyset for å måle avstand, ved å regne ut tiden det tar for den reflekterte strålen å komme tilbake til kameraets sensor.
 

Konklusjon

ToF-sensor-kamere har vist stor potensial for anvendelser i ulike felt på grunn av deres høy nøyaktighet i dypdemåling og reeltidsprestasjon. Trods ulemper som oppløsningsbegrensning og multi-objekt-styrting, vil ToF-sensor-kamere oppnå større gjennombrudd og forbedringer med den kontinuerlige teknologisk utviklingen.
 
Selv om det finnes faktorer som optisk korreksjon, temperaturdrift og andre faktorer som påvirker dybdeakkuratesse ved utforming av en ToF-basert dybdesensor-kamera, er Sinoseen, med mer enn ett tiår med erfaring innen stereovisjon, her for å hjelpe deg i størst mulig grad. Vær så snill å kontakt oss hvis du trenger noen form for hjelp.