Šta je ToF senzor? Njegove prednosti i mane

Šta je senzor ToF? Šta radi senzor ToF?

Ne znam da li ste upoznati sa sonar detektorima, ali prema Vikipediji, sonar detektor je elektronički uređaj koji koristi osobine zvučnih talasa koje se šire pod vodom kako bi izvršio podvodne zadatke putem elektroakustične konverzije i obrade informacija.
 
ToF znači Time of Flight, a senzor ToF radi vrlo slično sonar detektoru. Koristi se za lokaciju objekata i merenje rastojanja tako što meri vreme koje svetlost treba da odradi da bi se reflektovala od transducera do objekta. ToF transducer je vrsta transducera koji meri dubinu i rastojanje do objekta korišćenjem metode Time of Flight. Često se ToF senzori nazivaju i „kamere dubine“ ili ToF kamere.
 
Ključni komponenti sistema kamere ToF

Sistem kamere time-of-flight se sastoji od tri glavna komponenta:

1. ToF Senzor i Senzorski Modul: Senzor je ključni deo sistema ToF kamere. Može da sakuplja odbijeno svetlo i ga pretvara u podatke o dubini na pikselima. Čim viša je rezolucija senzora, bolja je kvaliteta mape dubine.
2. Izvor svetlosti: ToF kamera generiše izvor svetla putem laser-a ili LED diode. Obično NIR (bliski infracrveni) svetlo sa talasnom dužinom od 850nm do 940nm.
3. Procesor dubine: Pomaže da pretvori sirove podatke o pikselima i faznim podacima koji dolaze sa slike senzora u informacije o dubini. Omogućava pasivnu 2D IR (infracrvenu) sliku i takođe pomaže u filtriranju šuma.

 
Kako radi ToF senzor?

Kao što smo već spomenuli iznad, ToF senzor meri rastojanje između senzora i objekta za merenje merenjem vremenske razlike između emisije i refleksije svetla, pa šta su koraci za ostvarivanje ovog procesa?
Evo koraka ToF senzora:

1. Emisija: Impuls svetla emitovan je sa ugrađenog infracrvenog (IR) emitera svetla senzora, ili nekog drugog prilagodljivog izvora svetla (npr. laser ili LED).
2. Refleksija: Impuls svetla dodirne objekat i odbija se nazad na senzor.
3. Detektor: Koristeći ugrađeni detektor senzora, meri se vreme koje trajanje pulsa svetla od emisije do dodira sa objektom i povratka.
4. Izračunavanje rastojanja: Koristeći izmereno vreme prolaska i poznatu brzinu svetla, senzor može izračunati rastojanje do objekta. Sledeća je formula za izračunavanje rastojanja.

Šta su prednosti ToF?

Niskorazmerna potrošnja električne energije

ToF tehnologija koristi samo jedan infracrveni izvor svetla da direktno meri informacije o dubini i amplitudi u svakom pikselu. Pored toga, ToF zahteva manje obrade dubinskih podataka u poređenju sa drugim algoritamski intenzivnim tehnikama dubinskog detekcije kao što su struktuirano svetlo ili stereo vid, čime se štedi dodatna energija na aplikacionom procesoru.

 
Visoka tačnost

Kamere sa TOF senzorima pružaju vrlo tačne mere dubine sa malim greškama merenja i brzim vremenom odziva za primene koje zahtevaju izuzetno tačne mere rastojanja.
 

Stvarno vreme

Kamere sa TOF senzorima mogu pružati slike dubine u stvarnom vremenu, što je korisno za scenarije koji zahtevaju brzu povratnu informaciju i primene u stvarnom vremenu.

Široki dinamički opseg

Kamere sa TOF senzorima imaju širok dinamički opseg koji održava tačne merenja dubine u različitim uslovima osvetljenja, čime su prilagođene različitim okruženjima, kako unutrašnjim tako i vanjskim.
Merenje dugih rastojanja
Zbog toga što TOF senzori koriste laser, oni mogu meriti duga rastojanja sa ekstremnom tačnošću. Kao rezultat, TOF senzori imaju fleksibilnost da detektuju objekte najbliže i najdalje različitih oblika i veličina.
 

Ekonomični

U poređenju sa drugim 3D tehnologijama merenja dubine kao što su struktuirano svetlo sistem kamere ili laser rangefajderi, TOF senzori su relativno jeftini.
 

Šta je mane TOF?

Nepažnja na mnoge prednosti TOF-a, postoje neke tehničke ograničenja.

 
Ograničenja rezolucije

Kamere sa TOF senzorima koje su trenutno na tržištu obično imaju nisku rezoluciju, što može biti nedovoljno za primene koje zahtevaju visok stepen detalja.
 

Artifakti od rasipanog svetla

Ako su površine objekata koji se meruju posebno sjajne i vrlo blizu TOF senzoru, mogu preterano rasipati svetlo u primalac i stvoriti artifakte i neželjene refleksione.
 

Nepreciznost merenja izazvana višestrukim refleksijama

Prilikom korišćenja TOF senzora na uglove i udubljene površi, svetlo može biti reflektovano više puta, a ove neželjene refleksije dovode do značajne nepreciznosti merenja.  

Ambijentalno svetlo negativno utiče na merenja

Prilikom korišćenja TOF senzora na otvorenom u suncan dan, visoka intenzitet sunčeve svetlosti može uzrokovati brzu saturaciju piksela senzora, čime postaje nemoguće detektovati stvarno odrađeno svetlo od objekta.

 
Područja primene kamera sa TOF senzorima

Industrijski roboti: Pomoću stvarno-vremenske 3D dubinske mape okruženja, roboti su u stanju tačnije da prepoznaju objekte i njihov opseg pokreta. Sa prepoznavanjem žestika, roboti mogu direktno da interaguju sa ljudima u kolaborativnim aplikacijama. U industrijskim aplikacijama, roboti sa 3D-ToF kamerama su u stanju tačnije da merene bilo koji proizvod u tri dimenzije i da ga hvate i stavljaju sa visokom preciznošću.

3D modelovanje i virtualna stvarnost: TOF senzorske kamere široko se koriste u 3D modelovanju i virtualnoj stvarnosti. Pristupanjem visokokvalitetnim dubinskim slikama u stvarnom vremenu, moguće je ostvariti realističnu 3D rekonstrukciju i zahvatujuće iskustvo virtualne stvarnosti.

ČPP

P: Da li je ToF isto što i LiDAR?

O: I LiDAR i ToF senzori koriste svetlost da bi izmerili rastojanje do objekta i kreirali 3D sliku okruženja. Međutim, LiDAR tipično koristi laserove, dok ToF senzori koriste različite vrste svetla, kao što su LED ili infracrveno svetlo.
 
P: Šta je ToF senzor na telefonu?

A: ToF kamera za dubinu može procenjivati dubinu i rastojanje kako bi vaša fotografija dostigla sledeći nivo. Koristi poznatu brzinu svetlosti da bi izmerila rastojanje, efikasno računajući vreme koje je potrebno kameri da radi. Koristi poznatu brzinu svetlosti da bi merila rastojanje, efikasno računajući vreme koje treba odražanom zraci da se vrati na senzor kamere.
 

Закључак

Kamere sa TOF senzorima su pokazale ogroman potencijal za primenu u različitim oblastima zbog svoje visoke tačnosti merenja dubine i stvarnovremenske performanse. Nazadite od strane ograničenja rezolucije i interferencije više objekata, kamere sa TOF senzorima će postići veće proslave i poboljšanja uz neprestano razvoj tehnologije.
 
Iako postoje faktori poput optičke korrekcione, temperaturne drifte i drugih činilaca koji utiču na tačnost dubine prilikom dizajniranja kamere sa senzorom dubine baziranom na ToF tehnologiji, Sinoseen, sa više od deset godina iskustva u stereoviziji, je tu da vam pruži maksimalnu pomoć. Slobodno kontaktirajte kONTAKTIRAJTE NAS ako vam je potrebna bilo kakva pomoć.