Cảm biến ToF là gì?ưu điểm và nhược điểm của nó

Cảm biến ToF là gì? Cảm biến ToF làm gì?

Tôi không biết bạn có quen thuộc với máy dò sonar hay không, nhưng theo Wikipedia, máy dò sonar là một thiết bị điện tử sử dụng các đặc tính của sóng âm truyền dưới nước để thực hiện các nhiệm vụ dưới nước thông qua chuyển đổi điện âm và xử lý thông tin.
 
ToF là viết tắt của Time of Flight và cảm biến Tof hoạt động rất giống với máy dò sonar. Nó được sử dụng để định vị các đối tượng và thực hiện các phép đo khoảng cách bằng cách đo thời gian cần thiết để ánh sáng phản xạ qua lại từ đầu dò đến vật thể. Đầu dò ToF là một loại đầu dò đo độ sâu và khoảng cách đến một vật thể thông qua việc sử dụng Thời gian bay. Thông thường, cảm biến ToF còn được gọi là "camera độ sâu" hoặc máy ảnh ToF.
 
Các thành phần chính của hệ thống camera ToF

Hệ thống camera thời gian bay bao gồm ba thành phần chính:

1. Cảm biến ToF và mô-đun cảm biến:Cảm biến là thành phần chính của hệ thống camera ToF. Nó có khả năng thu thập ánh sáng phản xạ và chuyển đổi nó thành dữ liệu độ sâu trên pixel. Độ phân giải của cảm biến càng cao, chất lượng của bản đồ độ sâu càng tốt.
2. Nguồn sáng:Camera ToF tạo ra nguồn sáng thông qua laser hoặc LED. ThườngÁnh sáng NIR (Hồng ngoại gần)với bước sóng từ 850nm đến 940nm.
3. Bộ xử lý độ sâu:Giúp chuyển đổi dữ liệu điểm ảnh thô và dữ liệu pha đến từ cảm biến hình ảnh thành thông tin độ sâu. Cung cấp hình ảnh IR 2D thụ động (hồng ngoại) và cũng giúp lọc tiếng ồn.

 
Cảm biến ToF hoạt động như thế nào?

Như chúng tôi đã đề cập ở trên, cảm biến ToF đo khoảng cách giữa cảm biến và vật thể cần đo bằng cách đo chênh lệch thời gian giữa phát xạ và phản xạ ánh sáng, vậy các bước để nhận ra nó là gì?
Dưới đây là các bước của cảm biến ToF:

1. Phát xạ: Một xung ánh sáng được phát ra bởi bộ phát sáng hồng ngoại (IR) tích hợp của cảm biến hoặc nguồn sáng có thể điều chỉnh khác (ví dụ: laser hoặc LED).
2. Phản xạ: Xung ánh sáng chạm vào một vật thể và được phản xạ trở lại cảm biến. 
3. Máy dò: Sử dụng máy dò tích hợp của cảm biến, thời gian cần thiết để xung ánh sáng truyền từ phát xạ đến chạm vào vật thể và lưng được đo.
4. Tính toán khoảng cách: Sử dụng thời gian bay đo được và tốc độ ánh sáng đã biết, cảm biến có thể tính toán khoảng cách đến vật thể. Sau đây là công thức tính khoảng cách.

Ưu điểm của ToF là gì?

Tiêu thụ điện năng thấp

Công nghệ ToF chỉ sử dụng một nguồn sáng hồng ngoại để đo trực tiếp thông tin độ sâu và biên độ trong mỗi pixel. Ngoài ra, ToF yêu cầu xử lý dữ liệu độ sâu ít hơn so với các kỹ thuật cảm biến độ sâu chuyên sâu khác như ánh sáng có cấu trúc hoặc tầm nhìn âm thanh nổi, do đó tiết kiệm thêm năng lượng cho quy trình ứng dụng.

 
Độ chính xác cao

Camera cảm biến TOF cung cấp các phép đo độ sâu có độ chính xác cao với các lỗi đo nhỏ và thời gian phản hồi nhanh cho các ứng dụng yêu cầu đo khoảng cách có độ chính xác cao.
 

Thời gian

Camera cảm biến TOF có thể thu được hình ảnh chiều sâu trong thời gian thực, rất hữu ích cho các tình huống yêu cầu phản hồi nhanh và các ứng dụng thời gian thực.

Dải động rộng

Camera cảm biến TOF có dải động rộng duy trì các phép đo độ sâu chính xác trong các điều kiện ánh sáng khác nhau, làm cho chúng phù hợp với nhiều môi trường khác nhau cả trong nhà và ngoài trời.
Đo đường dài
Bởi vì cảm biến ToF sử dụng laser, chúng có thể đo khoảng cách xa với độ chính xác cực cao. Do đó, cảm biến ToF có tính linh hoạt để phát hiện các vật thể gần và xa với mọi hình dạng và kích cỡ.
 

Hiệu quả

So với các công nghệ quét dải độ sâu 3D khác như ánh sáng có cấu trúcHệ thống camerahoặc máy đo khoảng cách laser, cảm biến ToF tương đối rẻ.
 

Nhược điểm của TOF là gì?

Mặc dù có nhiều lợi ích của ToF, có một số hạn chế kỹ thuật.

 
Giới hạn độ phân giải

Máy ảnh cảm biến TOF hiện có trên thị trường thường có độ phân giải thấp, có thể không đủ cho các ứng dụng yêu cầu mức độ chi tiết cao.
 

Hiện vật từ ánh sáng tán xạ

Nếu bề mặt của các vật thể cần đo đặc biệt sáng và rất gần với cảm biến ToF, chúng có thể tán xạ quá nhiều ánh sáng vào máy thu và tạo ra các hiện vật và phản xạ không mong muốn.
 

Độ không đảm bảo đo do nhiều phản xạ

Khi sử dụng cảm biến ToF ở các góc và bề mặt lõm, ánh sáng có thể bị phản xạ nhiều lần và những phản xạ không mong muốn này tạo ra độ không đảm bảo đo đáng kể. 

Ánh sáng xung quanh ảnh hưởng xấu đến các phép đo

Khi sử dụng cảm biến ToF ngoài trời vào một ngày nắng, cường độ ánh sáng mặt trời cao có thể gây ra độ bão hòa nhanh chóng của các điểm ảnh cảm biến, khiến không thể phát hiện ánh sáng thực tế phản xạ từ một vật thể.

 
Các lĩnh vực ứng dụng cho máy ảnh cảm biến ToF

Robot công nghiệp:Với sự trợ giúp của bản đồ độ sâu 3D thời gian thực của môi trường, robot có thể nhận ra các vật thể và phạm vi chuyển động của chúng chính xác hơn. Với nhận dạng cử chỉ, robot có thể tương tác trực tiếp với con người trong các ứng dụng cộng tác. Trong các ứng dụng công nghiệp, robot với camera 3D-ToF có thể đo chính xác hơn bất kỳ sản phẩm nào theo ba chiều và nắm bắt và đặt sản phẩm với độ chính xác cao.

Mô hình 3D và thực tế ảo:Camera cảm biến TOF được sử dụng rộng rãi trong mô hình 3D và thực tế ảo. Bằng cách thu được hình ảnh chiều sâu chất lượng cao trong thời gian thực, tái tạo 3D thực tế và trải nghiệm thực tế ảo nhập vai có thể được thực hiện.

FAQ

Q: ToF có giống với LiDAR không?

A: Cả cảm biến LiDAR và ToF đều sử dụng ánh sáng để đo khoảng cách đến một vật thể và tạo ra hình ảnh 3D của môi trường. Nhưng LiDAR thường sử dụng laser, trong khi cảm biến ToF sử dụng nhiều loại ánh sáng khác nhau, chẳng hạn như ánh sáng LED hoặc ánh sáng hồng ngoại.
 
Q: Cảm biến ToF trên điện thoại là gì?

A: Máy ảnh ToF Depth có thể đánh giá độ sâu và khoảng cách để đưa nhiếp ảnh của bạn lên một tầm cao mới. Nó sử dụng tốc độ ánh sáng đã biết để đo khoảng cách, tính toán hiệu quả thời gian cần thiết để máy ảnh hoạt động. Nó sử dụng tốc độ ánh sáng đã biết để đo khoảng cách, tính toán hiệu quả thời gian cần thiết để chùm tia phản xạ quay trở lại cảm biến máy ảnh.
 

Kết thúc

Camera cảm biến TOF đã cho thấy tiềm năng lớn cho các ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau do độ chính xác cao của phép đo độ sâu và hiệu suất thời gian thực. Mặc dù có những nhược điểm về giới hạn độ phân giải và nhiễu đa đối tượng, camera cảm biến TOF sẽ thấy những đột phá và cải tiến lớn hơn với sự phát triển không ngừng của công nghệ.
 
Mặc dù có các yếu tố như hiệu chỉnh quang học, độ lệch nhiệt độ và các yếu tố khác ảnh hưởng đến độ chính xác chiều sâu trong việc thiết kế máy ảnh cảm biến độ sâu dựa trên ToF, Sinoseen, với hơn một thập kỷ kinh nghiệm trong tầm nhìn âm thanh nổi, luôn sẵn sàng giúp bạn ở mức tối đa. Xin vui lòngLiên hệ với chúng tôinếu bạn cần bất kỳ sự trợ giúp nào.