什么是ToF传感器？它的优缺点是什么

อะไรคือเซนเซอร์ ToF? เซนเซอร์ ToF ทำหน้าที่อะไร?

ฉันไม่รู้ว่าคุณคุ้นเคยกับเครื่องตรวจจับโซนาร์หรือไม่ แต่ตามข้อมูลจาก Wikipedia เครื่องตรวจจับโซนาร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้คุณสมบัติของคลื่นเสียงที่แพร่กระจายใต้น้ำเพื่อดำเนินการงานใต้น้ำผ่านการแปลงไฟฟ้า-อะคูสติกและการประมวลผลข้อมูล
 
ToF ย่อมาจาก Time of Flight และเซนเซอร์ ToF ทำงานคล้ายกับเครื่องตรวจจับโซนาร์มาก มันใช้ในการระบุตำแหน่งของวัตถุและวัดระยะทางโดยการวัดเวลาที่แสงสะท้อนกลับไปกลับมาจากระยะทางระหว่างทรานสดิวเซอร์กับวัตถุ ทรานสดิวเซอร์ ToF เป็นประเภทหนึ่งของทรานสดิวเซอร์ที่วัดความลึกและความห่างไกลของวัตถุผ่านการใช้ Time of Flight โดยปกติแล้วเซนเซอร์ ToF จะเรียกว่า “กล้องวัดความลึก” หรือกล้อง ToF
 
ส่วนประกอบหลักของระบบกล้อง ToF

ระบบกล้อง time-of-flight ประกอบด้วยสามส่วนหลัก:

1. เซนเซอร์ ToF และโมดูลเซนเซอร์: เซนเซอร์เป็นส่วนประกอบหลักของระบบกล้อง ToF สามารถรวบรวมแสงที่สะท้อนกลับและแปลงเป็นข้อมูลความลึกบนพิกเซลได้ ยิ่งความละเอียดของเซนเซอร์สูงเท่าไหร่ คุณภาพของแผนที่ความลึกก็จะดีขึ้นเท่านั้น
2. แหล่งกำเนิดแสง: กล้อง ToF สร้างแหล่งกำเนิดแสงผ่านเลเซอร์หรือ LED โดยทั่วไป NIR (Near Infrared) แสง ซึ่งมีความยาวคลื่น 850nm ถึง 940nm
3. ตัวประมวลผลความลึก: ช่วยในการแปลงข้อมูลพิกเซลดิบและข้อมูลเฟสที่มาจากเซนเซอร์ภาพให้เป็นข้อมูลความลึก ให้ภาพ 2D IR (อินฟราเรด) แบบพาสซีฟ และยังช่วยในการกรองเสียงรบกวน

 
เซนเซอร์ ToF ทำงานอย่างไร?

ตามที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น เซนเซอร์ ToF วัดระยะทางระหว่างเซนเซอร์และวัตถุที่จะวัดโดยการวัดความแตกต่างของเวลาในการปล่อยและสะท้อนของแสง แล้วขั้นตอนในการทำให้เกิดขึ้นคืออะไร?
นี่คือขั้นตอนของเซนเซอร์ ToF:

1. การปล่อย: มีการปล่อยแสงพัลส์จากตัวปล่อยแสงอินฟราเรด (IR) ที่ในตัวของเซนเซอร์ หรือแหล่งกำเนิดแสงที่ปรับได้อื่นๆ (เช่น เลเซอร์หรือ LED)
2. การสะท้อน: ชั้นแสงสัมผัสวัตถุและสะท้อนกลับไปยังเซ็นเซอร์
3. เครื่องตรวจจับ: โดยใช้ตัวตรวจจับในตัวของเซนเซอร์ จะวัดเวลาที่แสงพัลส์ใช้ในการเดินทางจากจุดปล่อยไปยังการสัมผัสกับวัตถุและกลับมา
4. การคำนวณระยะทาง: โดยใช้เวลาในการเดินทางของแสงที่วัดได้และความเร็วของแสงที่ทราบอยู่แล้ว เซนเซอร์สามารถคำนวณระยะทางไปยังวัตถุได้ ด้านล่างนี้คือสูตรสำหรับการคำนวณระยะทาง

ข้อดีของ ToF มีอะไรบ้าง?

การใช้พลังงานต่ํา

เทคโนโลยี ToF ใช้แหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดเพียงแหล่งเดียวเพื่อวัดข้อมูลความลึกและแอมพลิจูดในแต่ละพิกเซล นอกจากนี้ ToF ยังใช้การประมวลผลข้อมูลความลึกน้อยกว่าเทคนิคการตรวจจับความลึกแบบอื่น เช่น แสงโครงสร้างหรือวิชันสเตอริโอ ซึ่งต้องใช้<algorithm>หนัก ทำให้ประหยัดพลังงานเพิ่มเติมในกระบวนการประยุกต์

 
ความแม่นยำสูง

กล้องเซนเซอร์ TOF ให้การวัดความลึกที่แม่นยำสูงพร้อมข้อผิดพลาดในการวัดน้อยและเวลาตอบสนองรวดเร็วสำหรับการใช้งานที่ต้องการการวัดระยะทางอย่างแม่นยำ
 

แบบเรียลไทม์

กล้องเซ็นเซอร์ TOF สามารถจับภาพความลึกได้ในเวลาจริง ซึ่งมีประโยชน์สำหรับสถานการณ์ที่ต้องการการตอบสนองอย่างรวดเร็วและการใช้งานแบบเรียลไทม์

ระยะความแรงกว้าง

กล้องเซ็นเซอร์ TOF มีช่วงไดนามิกที่กว้าง ซึ่งรักษาการวัดความลึกอย่างแม่นยำภายใต้สภาพแสงที่แตกต่างกัน ทำให้เหมาะสมสำหรับสิ่งแวดล้อมหลากหลายทั้งภายในและภายนอกอาคาร
การวัดระยะทางไกล
เนื่องจากเซ็นเซอร์ ToF ใช้เลเซอร์ จึงสามารถวัดระยะทางไกลได้อย่างแม่นยำมาก เมื่อผลลัพธ์คือ เซ็นเซอร์ ToF มีความยืดหยุ่นในการตรวจจับวัตถุที่อยู่ใกล้และไกลในทุกรูปทรงและขนาด
 

คุ้มค่า

เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการสแกนช่วงความลึก 3D อื่น ๆ เช่น แสงโครงสร้าง ระบบกล้อง หรือเครื่องวัดระยะทางด้วยเลเซอร์ เซ็นเซอร์ ToF มีราคาค่อนข้างถูก
 

ข้อเสียของ TOF คืออะไร?

แม้ว่า ToF จะมีข้อดีหลายประการ แต่ก็มีข้อจำกัดทางเทคนิคบางประการ

 
ข้อจำกัดด้านความละเอียด

กล้องเซนเซอร์ TOF ที่มีอยู่ในตลาดปัจจุบันมักจะมีความละเอียดต่ำ ซึ่งอาจไม่เพียงพอสำหรับการใช้งานที่ต้องการระดับรายละเอียดสูง
 

ลวดลายรบกวนจากแสงสะท้อน

หากพื้นผิวของวัตถุที่จะวัดมีความสว่างมากและอยู่ใกล้กับเซนเซอร์ TOF มากเกินไป อาจทำให้แสงสะท้อนเข้าสู่ตัวรับมากเกินไป และสร้างลวดลายรบกวนและการสะท้อนที่ไม่พึงประสงค์
 

ความไม่แน่นอนในการวัดเนื่องจากการสะท้อนหลายครั้ง

เมื่อใช้เซนเซอร์ TOF กับมุมหรือพื้นผิวเว้า แสงอาจสะท้อนหลายครั้ง และการสะท้อนที่ไม่พึงประสงค์เหล่านี้จะทำให้เกิดความไม่แน่นอนในการวัดอย่างมาก  

แสงแวดล้อมส่งผลเสียต่อการวัด

เมื่อใช้เซนเซอร์ TOF กลางแจ้งในวันที่แดดจัด ความเข้มของแสงอาทิตย์อาจทำให้พิกเซลของเซนเซอร์อิเล็กทรอนิกส์อิ่มตัวอย่างรวดเร็ว จนไม่สามารถตรวจจับแสงที่สะท้อนจากวัตถุได้จริง

 
ขอบเขตการใช้งานของกล้องเซนเซอร์ TOF

โรบอตอุตสาหกรรม: ด้วยความช่วยเหลือของแผนที่ความลึก 3D เวลาจริงของสภาพแวดล้อม หุ่นยนต์สามารถรับรู้วัตถุและความสามารถในการเคลื่อนที่ได้อย่างแม่นยำมากขึ้น โดยการใช้การรับรู้ท่าทาง หุ่นยนต์สามารถโต้ตอบกับมนุษย์โดยตรงในแอปพลิเคชันแบบร่วมมือกัน ในแอปพลิเคชันอุตสาหกรรม หุ่นยนต์ที่มีกล้อง 3D-ToF สามารถวัดผลิตภัณฑ์ใด ๆ ในสามมิติได้อย่างแม่นยำและจับหรือวางผลิตภัณฑ์ด้วยความแม่นยำสูง

การสร้างแบบจำลอง 3D และความเป็นจริงเสมือน: กล้องเซ็นเซอร์ TOF ถูกใช้งานอย่างแพร่หลายในงานสร้างแบบจำลอง 3D และความเป็นจริงเสมือน โดยการเก็บภาพความลึกคุณภาพสูงแบบเรียลไทม์ สามารถทำให้เกิดการสร้างแบบจำลอง 3D ที่สมจริงและการประสบการณ์ความเป็นจริงเสมือนที่น่าประทับใจได้

คำถามที่พบบ่อย

Q: TOF เท่ากับ LiDAR หรือไม่?

A: ทั้ง LiDAR และเซ็นเซอร์ TOF ใช้แสงในการวัดระยะทางไปยังวัตถุและสร้างภาพ 3D ของสภาพแวดล้อม แต่ LiDAR มักจะใช้เลเซอร์ ในขณะที่เซ็นเซอร์ TOF ใช้ประเภทของแสงต่าง ๆ เช่น แสง LED หรือแสงอินฟราเรด
 
Q: เซ็นเซอร์ TOF ในโทรศัพท์คืออะไร?

A: กล้อง ToF Depth สามารถวัดความลึกและระยะทางเพื่อนำการถ่ายภาพของคุณไปสู่ระดับต่อไปได้ โดยใช้ความเร็วของแสงที่เป็นที่รู้จักในการวัดระยะทาง คำนวณเวลาที่ใช้สำหรับการทำงานของกล้องอย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังใช้ความเร็วของแสงในการวัดเวลาที่แสงสะท้อนกลับมาถึงเซนเซอร์ของกล้อง
 

สรุป

กล้องที่ใช้เซนเซอร์ TOF มีศักยภาพสูงในหลากหลายสาขาเนื่องจากความแม่นยำในการวัดความลึกและการทำงานแบบเรียลไทม์ แม้ว่าจะมีข้อเสียในเรื่องข้อจำกัดของความละเอียดและปัญหาการรบกวนจากวัตถุหลาย ๆ อย่าง แต่กล้องที่ใช้เซนเซอร์ TOF จะมีการพัฒนาและก้าวหน้ามากขึ้นด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง
 
แม้ว่าจะมีปัจจัยต่างๆ เช่น การแก้ไขด้านออปติคอล การเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ และปัจจัยอื่นๆ ที่ส่งผลต่อความถูกต้องของความลึกในการออกแบบกล้องเซ็นเซอร์ความลึกที่ใช้เทคโนโลยี ToF แต่ Sinoseen ซึ่งมีประสบการณ์มากกว่าทศวรรษในด้านวิชันสเตอริโอ พร้อมที่จะช่วยเหลือคุณอย่างเต็มที่ กรุณาอย่าลังเล ติดต่อเรา หากคุณต้องการความช่วยเหลือใดๆ