O que é um sensor ToF?suas vantagens e desvantagens

O que é um sensor ToF? O que um sensor ToF faz?

Não sei se você está familiarizado com detectores de sonar, mas de acordo com a Wikipedia, um detector de sonar é um dispositivo eletrônico que utiliza as propriedades das ondas sonoras que se propagam debaixo d'água para realizar tarefas subaquáticas por meio de conversão eletroacústica e processamento de informações.
 
ToF significa Time of Flight, e o sensor Tof funciona de maneira muito semelhante a um detector de sonar. Ele é usado para localizar objetos e fazer medições de distância, medindo o tempo que leva para a luz refletir para frente e para trás do transdutor para o objeto. Um transdutor ToF é um tipo de transdutor que mede a profundidade e a distância de um objeto através do uso do Time of Flight. Freqüentemente, os sensores ToF também são chamados de "câmeras de profundidade" ou câmeras ToF.
 
Principais componentes de um sistema de câmera ToF

Um sistema de câmera de tempo de voo consiste em três componentes principais:

1. Sensor ToF e Módulo Sensor:O sensor é o principal componente do sistema de câmera ToF. É capaz de coletar luz refletida e convertê-la em dados de profundidade em pixels. Quanto maior a resolução do sensor, melhor a qualidade do mapa de profundidade.
2. Luz:A câmera ToF gera uma fonte de luz por meio de um laser ou LED. NormalmenteLuz NIR (infravermelho próximo)com um comprimento de onda de 850nm a 940nm.
3. Processador de profundidade:Ajuda a converter dados brutos de pixel e dados de fase provenientes do sensor de imagem em informações de profundidade. Fornece imagem IR 2D passiva (infravermelho) e também ajuda na filtragem de ruído.

 
Como funciona um sensor ToF?

Como mencionamos acima, o sensor ToF mede a distância entre o sensor e o objeto a ser medido medindo a diferença de tempo entre a emissão e a reflexão da luz, então quais são os passos para realizá-lo?
Aqui estão as etapas do sensor ToF:

1. Emissão: Um pulso de luz é emitido pelo emissor de luz infravermelha (IR) integrado do sensor ou outra fonte de luz ajustável (por exemplo, laser ou LED).
2. Reflexão: O pulso de luz toca um objeto e é refletido de volta para o sensor. 
3. Detector: Usando o detector embutido do sensor, o tempo que leva para o pulso de luz viajar da emissão para tocar o objeto e vice-versa é medido.
4. Cálculo da distância: Usando o tempo de voo medido e a velocidade conhecida da luz, o sensor pode calcular a distância até o objeto. A seguir está a fórmula para calcular a distância.

Quais são as vantagens do ToF?

Baixo consumo de energia

A tecnologia ToF usa apenas uma fonte de luz infravermelha para medir diretamente as informações de profundidade e amplitude em cada pixel. Além disso, o ToF requer menos processamento de dados de profundidade do que outras técnicas de detecção de profundidade com uso intensivo de algoritmo, como luz estruturada ou visão estéreo, economizando energia adicional no processo de aplicação

 
Alta precisão

As câmeras com sensor TOF fornecem medições de profundidade altamente precisas com pequenos erros de medição e tempos de resposta rápidos para aplicações que exigem medições de distância altamente precisas.
 

Tempo real

As câmeras com sensor TOF podem adquirir imagens de profundidade em tempo real, o que é útil para cenários que exigem feedback rápido e aplicações em tempo real.

Ampla faixa dinâmica

As câmeras com sensor TOF têm uma ampla faixa dinâmica que mantém medições precisas de profundidade sob condições de iluminação variadas, tornando-as adequadas para uma variedade de ambientes internos e externos.
Medição de longa distância
Como os sensores ToF usam lasers, eles são capazes de medir longas distâncias com extrema precisão. Como resultado, os sensores ToF têm a flexibilidade de detectar objetos próximos e distantes de todas as formas e tamanhos.
 

Custo-beneficio

Em comparação com outras tecnologias de digitalização de faixa de profundidade 3D, como luz estruturadaSistemas de câmeraou telêmetros a laser, os sensores ToF são relativamente baratos.
 

Qual é a desvantagem do TOF?

Apesar dos muitos benefícios do ToF, existem algumas limitações técnicas.

 
Limitações de resolução

As câmeras com sensor TOF atualmente disponíveis no mercado geralmente têm baixa resolução, o que pode não ser suficiente para aplicações que exigem um alto nível de detalhe.
 

Artefatos de luz espalhada

Se as superfícies dos objetos a serem medidos forem particularmente brilhantes e muito próximas do sensor ToF, elas podem espalhar muita luz no receptor e criar artefatos e reflexos indesejados.
 

Incerteza de medição devido a múltiplas reflexões

Ao usar um sensor ToF em cantos e superfícies côncavas, a luz pode ser refletida várias vezes e esses reflexos indesejados introduzem uma incerteza de medição significativa. 

A luz ambiente afeta negativamente as medições

Ao usar um sensor ToF ao ar livre em um dia ensolarado, a alta intensidade da luz solar pode causar rápida saturação dos pixels do sensor, impossibilitando a detecção da luz real refletida de um objeto.

 
Áreas de aplicação para câmeras com sensor ToF

Robôs industriais:Com a ajuda de um mapa de profundidade 3D em tempo real do ambiente, os robôs são capazes de reconhecer objetos e sua amplitude de movimento com mais precisão. Com o reconhecimento de gestos, os robôs podem interagir diretamente com as pessoas em aplicativos colaborativos. Em aplicações industriais, os robôs com câmeras 3D-ToF são capazes de medir com mais precisão qualquer produto em três dimensões e agarrar e posicionar produtos com alta precisão.

Modelagem 3D e Realidade Virtual:As câmeras com sensor TOF são amplamente utilizadas em modelagem 3D e realidade virtual. Ao adquirir imagens de profundidade de alta qualidade em tempo real, a reconstrução 3D realista e as experiências imersivas de realidade virtual podem ser realizadas.

Perguntas Freqüentes

P: ToF é o mesmo que LiDAR?

R: Os sensores LiDAR e ToF usam luz para medir a distância de um objeto e criar uma imagem 3D do ambiente. Mas o LiDAR normalmente usa lasers, enquanto os sensores ToF usam vários tipos de luz, como luz LED ou luz infravermelha.
 
P: O que é um sensor ToF em um telefone?

R: A câmera ToF Depth pode julgar a profundidade e a distância para levar sua fotografia para o próximo nível. Ele usa a velocidade conhecida da luz para medir a distância, calculando efetivamente o tempo que leva para a câmera funcionar. Ele usa a velocidade conhecida da luz para medir a distância, calculando efetivamente o tempo que leva para o feixe refletido retornar ao sensor da câmera.
 

Conclusão

As câmeras com sensor TOF têm mostrado grande potencial para aplicações em vários campos devido à sua alta precisão de medição de profundidade e desempenho em tempo real. Apesar das desvantagens da limitação de resolução e interferência de vários objetos, as câmeras com sensor TOF terão maiores avanços e melhorias com o desenvolvimento contínuo da tecnologia.
 
Embora existam fatores como correção óptica, desvio de temperatura e outros fatores que afetam a precisão da profundidade no projeto de uma câmera com sensor de profundidade baseada em ToF, a Sinoseen, com mais de uma década de experiência em visão estéreo, está aqui para ajudá-lo ao máximo. Sinta-se à vontade paraContate-nosse precisar de ajuda.