Co to jest czujnik ToF?jego zalety i wady

Co to jest czujnik ToF? Do czego służy czujnik ToF?

Nie wiem, czy jesteś zaznajomiony z detektorami sonarowymi, ale według Wikipedii detektor sonarowy to urządzenie elektroniczne, które wykorzystuje właściwości fal dźwiękowych rozchodzących się pod wodą do wykonywania podwodnych zadań poprzez konwersję elektroakustyczną i przetwarzanie informacji.
 
ToF to skrót od Time of Flight, a czujnik Tof działa bardzo podobnie do detektora sonaru. Służy do lokalizowania obiektów i wykonywania pomiarów odległości poprzez pomiar czasu potrzebnego na odbicie światła tam iz powrotem od przetwornika do obiektu. Przetwornik ToF to rodzaj przetwornika, który mierzy głębokość i odległość od obiektu za pomocą czasu przelotu. Często czujniki ToF są również nazywane "kamerami głębi" lub kamerami ToF.
 
Kluczowe elementy systemu kamer ToF

System kamer czasu przelotu składa się z trzech głównych elementów:

1. Czujnik ToF i moduł czujnika:Czujnik jest kluczowym elementem systemu kamer ToF. Jest w stanie zbierać odbite światło i przekształcać je w dane o głębi pikseli. Im wyższa rozdzielczość czujnika, tym lepsza jakość mapy głębi.
2. Źródło światła:Kamera ToF generuje źródło światła za pomocą lasera lub diody LED. ZwykleŚwiatło NIR (bliska podczerwień)o długości fali od 850nm do 940nm.
3. Procesor głębokości:Pomaga konwertować surowe dane pikseli i dane fazowe pochodzące z przetwornika obrazu na informacje o głębi. Zapewnia pasywny obraz 2D IR (podczerwień), a także pomaga w filtrowaniu szumów.

 
Jak działa czujnik ToF?

Jak wspomnieliśmy powyżej, czujnik ToF mierzy odległość między czujnikiem a mierzonym obiektem, mierząc różnicę czasu między emisją a odbiciem światła, więc jakie są kroki, aby to zrealizować?
Oto kroki czujnika ToF:

1. Emisja: Impuls światła jest emitowany przez wbudowany emiter światła podczerwonego (IR) czujnika lub inne regulowane źródło światła (np. laser lub dioda LED).
2. Odbicie: Impuls świetlny dotyka obiektu i jest odbijany z powrotem do czujnika. 
3. Detektor: Za pomocą wbudowanego detektora czujnika mierzy się czas potrzebny na przejście impulsu świetlnego od emisji do dotknięcia obiektu iz powrotem.
4. Obliczanie odległości: Korzystając ze zmierzonego czasu lotu i znanej prędkości światła, czujnik może obliczyć odległość do obiektu. Poniżej znajduje się wzór na obliczanie odległości.

Jakie są zalety ToF?

Niskie zużycie energii

Technologia ToF wykorzystuje tylko jedno źródło światła podczerwonego do bezpośredniego pomiaru informacji o głębokości i amplitudzie w każdym pikselu. Ponadto ToF wymaga mniejszego przetwarzania danych o głębokości niż inne techniki wykrywania głębi intensywnie korzystające z algorytmów, takie jak światło strukturalne lub widzenie stereo, co pozwala zaoszczędzić dodatkową energię w procesie aplikacji.

 
Wysoka precyzja

Kamery z czujnikami TOF zapewniają bardzo dokładne pomiary głębokości z małymi błędami pomiarowymi i krótkimi czasami reakcji w zastosowaniach wymagających bardzo dokładnych pomiarów odległości.
 

Czasu rzeczywistego

Kamery z czujnikami TOF mogą rejestrować obrazy głębi w czasie rzeczywistym, co jest przydatne w scenariuszach wymagających szybkiej informacji zwrotnej i aplikacji w czasie rzeczywistym.

Szeroki zakres dynamiki

Kamery z czujnikami TOF mają szeroki zakres dynamiki, który utrzymuje dokładne pomiary głębokości w różnych warunkach oświetleniowych, dzięki czemu nadają się do różnych środowisk, zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz.
Pomiar dalekiego zasięgu
Ponieważ czujniki ToF wykorzystują lasery, są w stanie mierzyć duże odległości z niezwykłą dokładnością. W rezultacie, czujniki ToF mają elastyczność w wykrywaniu bliskich i dalekich obiektów o różnych kształtach i rozmiarach.
 

Opłacalne

W porównaniu z innymi technologiami skanowania 3D w zakresie głębokości, takimi jak światło strukturalnesystemy kamerlub dalmierze laserowe, czujniki ToF są stosunkowo niedrogie.
 

Jaka jest wada TOF?

Pomimo wielu korzyści płynących z ToF, istnieją pewne ograniczenia techniczne.

 
Ograniczenia rozdzielczości

Dostępne obecnie na rynku kamery z przetwornikami TOF mają zazwyczaj niską rozdzielczość, co może być niewystarczające w przypadku zastosowań wymagających wysokiego poziomu szczegółowości.
 

Artefakty ze światła rozproszonego

Jeśli powierzchnie mierzonych obiektów są szczególnie jasne i znajdują się bardzo blisko czujnika ToF, mogą rozpraszać zbyt dużo światła do odbiornika i tworzyć artefakty i niepożądane odbicia.
 

Niepewność pomiaru wynikająca z wielokrotnych odbić

W przypadku stosowania czujnika ToF na narożnikach i wklęsłych powierzchniach światło może być wielokrotnie odbijane, a te niepożądane odbicia wprowadzają znaczną niepewność pomiaru. 

Światło otoczenia niekorzystnie wpływa na pomiary

Podczas korzystania z czujnika ToF na zewnątrz w słoneczny dzień, duże natężenie światła słonecznego może powodować szybkie nasycenie pikseli czujnika, uniemożliwiając wykrycie rzeczywistego światła odbitego od obiektu.

 
Obszary zastosowań kamer z czujnikiem ToF

Roboty przemysłowe:Dzięki mapie głębi 3D otoczenia w czasie rzeczywistym, roboty są w stanie dokładniej rozpoznawać obiekty i ich zakres ruchu. Dzięki rozpoznawaniu gestów roboty mogą wchodzić w bezpośrednie interakcje z ludźmi w aplikacjach współpracujących. W zastosowaniach przemysłowych roboty z kamerami 3D-ToF są w stanie dokładniej zmierzyć dowolny produkt w trzech wymiarach oraz chwytać i umieszczać produkty z dużą precyzją.

Modelowanie 3D i wirtualna rzeczywistość:Kamery z czujnikami TOF są szeroko stosowane w modelowaniu 3D i rzeczywistości wirtualnej. Uzyskując wysokiej jakości obrazy głębi w czasie rzeczywistym, można uzyskać realistyczną rekonstrukcję 3D i wciągające doświadczenia w rzeczywistości wirtualnej.

FAQ

P: Czy ToF to to samo co LiDAR?

Odp .: Zarówno czujniki LiDAR, jak i ToF wykorzystują światło do pomiaru odległości do obiektu i tworzenia obrazu 3D otoczenia. Ale LiDAR zazwyczaj wykorzystuje lasery, podczas gdy czujniki ToF wykorzystują różne rodzaje światła, takie jak światło LED lub światło podczerwone.
 
P: Co to jest czujnik ToF w telefonie?

Odp .: Aparat ToF Depth może ocenić głębię i odległość, aby przenieść Twoją fotografię na wyższy poziom. Wykorzystuje znaną prędkość światła do pomiaru odległości, skutecznie obliczając czas potrzebny do działania kamery. Wykorzystuje znaną prędkość światła do pomiaru odległości, skutecznie obliczając czas potrzebny na powrót odbitej wiązki do czujnika kamery.
 

Konkluzja

Kamery z czujnikami TOF wykazały ogromny potencjał do zastosowań w różnych dziedzinach ze względu na wysoką dokładność pomiaru głębokości i wydajność w czasie rzeczywistym. Pomimo wad związanych z ograniczeniem rozdzielczości i zakłóceniami wieloobiektowymi, kamery z czujnikami TOF odnotują większe przełomy i ulepszenia wraz z ciągłym rozwojem technologii.
 
Chociaż istnieją takie czynniki, jak korekcja optyczna, dryft temperatury i inne czynniki wpływające na dokładność głębokości przy projektowaniu kamery z czujnikiem głębi opartej na ToF, Sinoseen, z ponad dziesięcioletnim doświadczeniem w widzeniu stereoskopowym, jest tutaj, aby pomóc Ci w pełnym zakresie. Prosimy oSkontaktuj się z namijeśli potrzebujesz pomocy.