Что такое датчик ToF? его преимущества и недостатки

Что такое датчик ToF? Что делает датчик ToF?

Я не знаю, знакомы ли вы с гидролокаторами, но согласно Википедии, гидролокатор — это электронное устройство, которое использует свойства распространения звуковых волн под водой для выполнения подводных задач через электроакустическое преобразование и обработку информации.
 
ToF означает Time of Flight, и датчик ToF работает очень похоже на сонарный детектор. Он используется для определения местоположения объектов и измерения расстояния путем измерения времени, которое свет тратит на отражение туда и обратно от преобразователя к объекту. Преобразователь ToF — это тип преобразователя, который измеряет глубину и расстояние до объекта с помощью метода временного интервала. Часто датчики ToF также называют «камерами глубины» или камерами ToF.
 
Основные компоненты системы камеры ToF

Система камеры временного интервала состоит из трех основных компонентов:

1. Датчик ToF и модуль датчика: Датчик является ключевым компонентом системы камеры ToF. Он способен собирать отраженный свет и преобразовывать его в данные глубины на пикселях. Чем выше разрешение датчика, тем лучше качество карты глубины.
2. Источник света: Камера ToF генерирует источник света с помощью лазера или светодиода. Обычно ИК (ближний инфракрасный) свет с длиной волны 850–940 нм.
3. Процессор глубины: Помогает преобразовывать сырые данные пикселей и фазовые данные, поступающие с изображения сенсора, в информацию о глубине. Предоставляет пассивное 2D-изображение в инфракрасном диапазоне (IR) и также помогает в фильтрации шума.

 
Как работает сенсор ToF?

Как мы упоминали выше, сенсор ToF измеряет расстояние между сенсором и объектом измерения, измеряя временной интервал между эмиссией и отражением света, так в чём же заключаются этапы его реализации?
Вот этапы работы сенсора ToF:

1. Излучение: Импульс света испускается встроенным инфракрасным (IR) излучателем сенсора или другим настраиваемым источником света (например, лазером или светодиодом).
2. Отражение: Импульс света касается объекта и отражается обратно к датчику.
3. Детектор: С помощью встроенного детектора сенсора измеряется время, которое световой импульс затрачивает на путь от излучения до касания объекта и обратно.
4. Расчёт расстояния: Используя измеренное время полёта и известную скорость света, сенсор может вычислить расстояние до объекта. Ниже приведена формула для расчёта расстояния.

Каковы преимущества ToF?

Низкое потребление энергии

Технология ToF использует только один инфракрасный источник света для непосредственного измерения информации о глубине и амплитуде в каждом пикселе. Кроме того, ToF требует меньшей обработки данных по глубине по сравнению с другими алгоритмически сложными методами определения глубины, такими как структурированный свет или стереовидение, что экономит дополнительную мощность на процессоре приложения.

 
Высокая точность

Камеры с датчиками TOF обеспечивают высоко точные измерения глубины с малыми погрешностями измерений и быстрыми временами отклика для приложений, требующих высокоточных измерений расстояния.
 

В реальном времени

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

Широкий динамический диапазон

Камеры с датчиками TOF имеют широкий динамический диапазон, который обеспечивает точные измерения глубины при различных условиях освещения, что делает их подходящими для различных сред, как indoors, так и outdoors.
Измерение на большие расстояния
Поскольку датчики ToF используют лазеры, они могут измерять большие расстояния с экстремальной точностью. В результате, датчики ToF способны обнаруживать объекты всех форм и размеров как на близком, так и на дальнем расстоянии.
 

Экономическая эффективность

По сравнению с другими технологиями 3D-сканирования глубины, такими как структурированный свет системы камер или лазерные дальномеры, датчики ToF относительно недороги.
 

Каков недостаток TOF?

Несмотря на множество преимуществ TOF, существуют некоторые технические ограничения.

 
Ограничения разрешения

Камеры с датчиками TOF, доступные 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 находятся очень близко к датчику TOF, они могут рассеивать слишком много света в приемник, создавая артефакты и нежелательные отражения.
 

Неопределенность измерений из-за множественных отражений

При использовании датчика ToF на углах и вогнутых поверхностях свет может многократно отражаться, и эти нежелательные отражения создают значительную неопределенность измерений.  

Световое загрязнение негативно влияет на измерения

При использовании датчика ToF на улице в солнечный день высокая интенсивность солнечного света может вызвать быстрое насыщение пикселей датчика, что делает невозможным обнаружение реального света, отраженного от объекта.

 
Области применения камер с датчиками ToF

Промышленные роботы: С помощью реального времени 3D карты глубины окружающей среды роботы могут более точно распознавать объекты и их зону движения. С помощью распознавания жестов роботы могут напрямую взаимодействовать с людьми в коллаборативных приложениях. В промышленных приложениях роботы с 3D-ToF камерами могут более точно измерять любой продукт в трех измерениях и захватывать и размещать продукты с высокой точностью.

3D моделирование и виртуальная реальность: Камеры с датчиками TOF широко используются в 3D-моделировании и виртуальной реальности. Благодаря получению высококачественных глубинных изображений в реальном времени можно реализовать реалистичную 3D-реконструкцию и погружение в виртуальную реальность.

ЧАВО

В: Является ли TOF тем же, что и LiDAR?

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

О: Камера глубины TOF может определять глубину и расстояние, чтобы привести вашу фотографию на новый уровень. Она использует известную скорость света для измерения расстояния, эффективно рассчитывая время, необходимое для работы камеры. Она использует известную скорость света для измерения расстояния, эффективно рассчитывая время, необходимое для возвращения отраженного луча к датчику камеры.
 

Заключение

Камеры с датчиками TOF показали большой потенциал для применения в различных областях благодаря высокой точности измерения глубины и реальному времени работы. Несмотря на недостатки, такие как ограничение разрешения и помехи от нескольких объектов, камеры с датчиками TOF достигнут большего прогресса и улучшений с постоянным развитием технологий.
 
Несмотря на то, что при проектировании камеры глубины на основе TOF существуют факторы, влияющие на точность глубины, такие как оптическая коррекция и температурный дрейф, компания Sinoseen, имеющая более десятилетия опыта в стереозрении, готова оказать вам максимальную поддержку. Пожалуйста, не стесняйтесь сВЯЖИТЕСЬ С НАМИ обратиться, если вам требуется помощь.