Что такое ToF-датчик?его преимущества и недостатки

Что такое ToF-датчик? Для чего нужен ToF-датчик?

Не знаю, знакомы ли вы с гидроакустическими детекторами, но согласно Википедии, сонарный детектор — это электронное устройство, которое использует свойства звуковых волн, распространяющихся под водой, для выполнения подводных задач посредством электроакустического преобразования и обработки информации.
 
ToF расшифровывается как Time of Flight (время полета), а датчик Tof работает очень похоже на сонарный детектор. Он используется для локализации объектов и измерения расстояния путем измерения времени, необходимого для отражения света от преобразователя к объекту туда и обратно. Времяпролетный преобразователь — это тип преобразователя, который измеряет глубину и расстояние до объекта с помощью параметра Time of Flight. Часто ToF-сенсоры также называют «камерами глубины» или ToF-камерами.
 
Ключевые компоненты системы времяпролетных камер

Система времяпролетной камеры состоит из трех основных компонентов:

1. ToF-датчик и сенсорный модуль:Датчик является ключевым компонентом системы ToF-камер. Он способен собирать отраженный свет и преобразовывать его в данные глубины в пикселях. Чем выше разрешение сенсора, тем лучше качество карты глубины.
2. Источник света:Времяпролетная камера генерирует источник света с помощью лазера или светодиода. ОбычноБлижний инфракрасный светс длиной волны от 850 нм до 940 нм.
3. Процессор глубины:Помогает преобразовывать необработанные пиксельные и фазовые данные, поступающие от датчика изображения, в информацию о глубине. Обеспечивает пассивное 2D IR (инфракрасное) изображение, а также помогает в фильтрации шумов.

 
Как работает датчик ToF?

Как мы уже упоминали выше, ToF-датчик измеряет расстояние между датчиком и измеряемым объектом, измеряя разницу во времени между излучением и отражением света, так какие же шаги предпринимаются для его реализации?
Вот шаги по работе ToF-датчика:

1. Излучение: импульс света излучается встроенным инфракрасным (ИК) излучателем света датчика или другим регулируемым источником света (например, лазером или светодиодом).
2. Отражение: световой импульс касается объекта и отражается обратно к датчику. 
3. Детектор: С помощью встроенного детектора датчика измеряется время, необходимое для прохождения светового импульса от излучения до касания объекта и обратно.
4. Расчет расстояния: используя измеренное время полета и известную скорость света, датчик может рассчитать расстояние до объекта. Ниже приведена формула для вычисления расстояния.

В чем преимущества ToF?

Низкое энергопотребление

Технология ToF использует только один инфракрасный источник света для непосредственного измерения глубины и амплитуды информации в каждом пикселе. Кроме того, ToF требует меньшей обработки данных о глубине, чем другие методы измерения глубины с интенсивным использованием алгоритмов, такие как структурированный свет или стереозрение, что позволяет экономить дополнительную энергию на процессе нанесения.

 
Высокая точность

Сенсорные камеры TOF обеспечивают высокоточные измерения глубины с малыми погрешностями измерения и быстрым временем отклика для приложений, требующих высокоточных измерений расстояний.
 

В режиме реального времени

Камеры с сенсором TOF могут получать изображения глубины в режиме реального времени, что полезно для сценариев, требующих быстрой обратной связи и приложений в режиме реального времени.

Широкий динамический диапазон

Камеры с сенсором TOF имеют широкий динамический диапазон, который обеспечивает точные измерения глубины при различных условиях освещения, что делает их пригодными для различных условий как в помещении, так и на улице.
Измерение на больших расстояниях
Поскольку в ToF-датчиках используются лазеры, они могут измерять большие расстояния с предельной точностью. В результате ToF-датчики обладают гибкостью для обнаружения близких и далеких объектов любых форм и размеров.
 

Рентабельный

По сравнению с другими технологиями 3D-сканирования диапазона глубины, такими как структурированный светСистемы видеонаблюденияили лазерные дальномеры, ToF сенсоры относительно недорогие.
 

В чем недостаток TOF?

Несмотря на множество преимуществ ToF, существуют некоторые технические ограничения.

 
Ограничения разрешения

Камеры с сенсором TOF, доступные в настоящее время на рынке, обычно имеют низкое разрешение, что может быть недостаточно для приложений, требующих высокого уровня детализации.
 

Артефакты от рассеянного света

Если поверхности измеряемых объектов особенно яркие и расположены очень близко к датчику ToF, они могут рассеивать слишком много света в приемнике и создавать артефакты и нежелательные отражения.
 

Погрешность измерения из-за множественных отражений

При использовании ToF-датчика на углах и вогнутых поверхностях свет может отражаться несколько раз, и эти нежелательные отражения вносят значительную погрешность измерения. 

Окружающее освещение отрицательно влияет на измерения

При использовании ToF-сенсора на открытом воздухе в солнечный день высокая интенсивность солнечного света может привести к быстрому насыщению пикселей сенсора, что делает невозможным обнаружение фактического света, отраженного от объекта.

 
Области применения камер с ToF-сенсором

Промышленные роботы:С помощью 3D-карты глубины окружающей среды в режиме реального времени роботы способны более точно распознавать объекты и диапазон их перемещения. Благодаря распознаванию жестов роботы могут напрямую взаимодействовать с людьми в приложениях для совместной работы. В промышленном применении роботы с 3D-ToF-камерами способны более точно измерять любой продукт в трех измерениях, а также захватывать и размещать продукты с высокой точностью.

3D-моделирование и виртуальная реальность:Сенсорные камеры TOF широко используются в 3D-моделировании и виртуальной реальности. Получая высококачественные изображения глубины в режиме реального времени, можно реализовать реалистичную 3D-реконструкцию и иммерсивный опыт виртуальной реальности.

Вопросы и ответы

В: ToF - это то же самое, что LiDAR?

О:Датчики LiDAR и ToF используют свет для измерения расстояния до объекта и создания 3D-изображения окружающей среды. Но LiDAR обычно использует лазеры, в то время как ToF-датчики используют различные типы света, такие как светодиодный свет или инфракрасный свет.
 
В: Что такое датчик ToF на телефоне?

О:Камера ToF Depth может оценивать глубину и расстояние, чтобы вывести вашу фотографию на новый уровень. Он использует известную скорость света для измерения расстояния, эффективно рассчитывая время, необходимое для работы камеры. Он использует известную скорость света для измерения расстояния, эффективно вычисляя время, необходимое для возвращения отраженного луча к датчику камеры.
 

Заключение

Камеры с сенсором TOF показали большой потенциал для применения в различных областях благодаря высокой точности измерения глубины и работе в режиме реального времени. Несмотря на недостатки, связанные с ограничением разрешения и многообъектными помехами, камеры с сенсором TOF будут претерпевать большие прорывы и усовершенствования с постоянным развитием технологий.
 
Несмотря на то, что при разработке камеры с датчиком глубины на основе ToF существуют такие факторы, как оптическая коррекция, температурный дрейф и другие факторы, компания Sinoseen, обладающая более чем десятилетним опытом работы в области стереозрения, готова помочь вам в полной мере. Пожалуйста, не стесняйтесьСвяжитесь с намиесли вам нужна помощь.