什么是飛行時間（ToF）傳感器？

什么是飛行時間相機？它是捕捉飛機飛行的相機嗎？它與飛機或飛機有關嗎？好吧，實際上距離還很遠！

ToF是物體，粒子或波傳播一段距離所花費的時間的度量。您知道蝙蝠的聲納系統(tǒng)有效嗎？飛行時間系統(tǒng)與此類似！

飛行時間傳感器種類繁多，但大多數(shù)是飛行時間相機和激光掃描儀，它們使用稱為激光雷達（光檢測和測距）的技術，通過用紅外光照射來測量圖像中各個點的深度。

使用ToF傳感器生成和捕獲的數(shù)據(jù)非常有用，因為它可以提供行人檢測，基于面部特征的用戶身份驗證，使用SLAM（同時定位和映射）算法的環(huán)境映射等等。

該系統(tǒng)實際上廣泛用于機器人，自動駕駛汽車，甚至現(xiàn)在是您的移動設備。舉個例子，如果您使用的是華為P30 Pro，Oppo RX17 Pro，LG G8 ThinQ，則您的手機配有ToF攝像頭！

飛行時間傳感器如何工作？

現(xiàn)在，我們對飛行時間傳感器是什么有了一個簡短的了解，它如何工作？

ToF傳感器使用微小的激光發(fā)射紅外光，其中產(chǎn)生的光會從任何物體反彈并返回到傳感器。根據(jù)光的發(fā)射與被物體反射后返回傳感器之間的時間差，傳感器可以測量物體與傳感器之間的距離。

今天，我們將探討ToF使用旅行時間確定距離和深度的2種方法，它們是：

使用定時脈沖

使用調(diào)幅波的相移

使用定時脈沖

例如，它的工作方式是首先用激光照射目標，然后用掃描儀測量反射光，然后使用光速推算出物體的距離，從而精確地計算出行進的距離。此外，然后使用激光返回時間和波長的差異來進行目標的精確數(shù)字3D表示和表面特征，并在視覺上繪制出其各個特征。

正如您在上面看到的那樣，這是首先發(fā)射激光并從物體反射回傳感器的過程。借助激光返回時間，ToF攝像機能夠在給定光傳播速度的情況下在短時間內(nèi)測量出準確的距離。（ToF轉換為距離）這是分析人員用來得出對象的精確距離的公式：

（光速x飛行時間）/ 2

如您所見，計時器將在燈光熄滅期間啟動，并且當接收器接收到返回燈時，計時器將返回時間。當兩次相減時，獲得了光的“飛行時間”，并且光速是恒定的，因此可以使用上面的公式輕松計算距離。這樣，可以確定物體表面上的所有點。

使用調(diào)幅波的相移

接下來，ToF還可以使用連續(xù)波來檢測反射光的相移以確定深度和距離。

通過調(diào)制振幅，它可以創(chuàng)建具有已知頻率的正弦形式的光源，從而使檢測器能夠確定反射光的相移并使用以下公式：

其中c是光速（c = 3×10^8 m / s），λ是一個波長（λ= 15 m），f是頻率，傳感器上的每個點都可以很容易地計算出深入。

隨著我們以光速工作，所有這些事情都發(fā)生得非?？臁Ｄ芟胂髠鞲衅髂軌驕y量的精度和速度嗎？讓我舉一個例子，光以每秒30萬公里的速度傳播，如果一個物體離您5m，光離開相機與返回之間的時間差約為33納秒，僅相當于0.000000033秒！哇！更不用說，捕獲的數(shù)據(jù)將針對圖像中的每個像素，為您提供精確的3D數(shù)字表示。

無論使用哪種原理，提供能夠照亮整個場景的光源都可以使傳感器確定所有點的深度。這樣的結果為您提供了一個距離圖，其中每個像素編碼到場景中相應點的距離。以下是ToF范圍圖的示例：

現(xiàn)在我們知道ToF可以工作了，為什么很好呢？為什么要使用它？他們有什么好處？不用擔心，使用ToF傳感器的優(yōu)點很多，當然也有一定的局限性。

使用飛行時間傳感器的好處

精確快速的測量

與其他距離傳感器（例如超聲波或激光）相比，飛行時間傳感器能夠非?？焖俚亟M成場景的3D圖像。例如，ToF相機僅需一次即可完成此操作。不僅如此，ToF傳感器能夠在短時間內(nèi)準確地檢測物體，并且不受濕度，氣壓和溫度的影響，使其適合于室內(nèi)和室外使用。

長距離

由于ToF傳感器使用激光，因此它們也能夠高精度地測量遠距離和范圍。例如，我們的RPLiDAR S1便攜式ToF激光掃描儀套件？的射程為40m！因此，ToF傳感器具有靈活性，因為它們能夠檢測各種形狀和大小的近距離和遠距離物體。

從某種意義上說，它也是靈活的，因為您能夠自定義系統(tǒng)的光學部件，以實現(xiàn)最佳性能，您可以在其中選擇發(fā)射器和接收器類型以及透鏡，以獲得所需的視野。

安全

擔心從ToF傳感器發(fā)出的激光會傷害您的眼睛嗎？別擔心！現(xiàn)在，許多ToF傳感器都使用低功率紅外激光作為光源，并通過調(diào)制脈沖驅動它。傳感器達到1類激光安全標準，可確保其對人眼的安全。

具有成本效益

與其他3D深度范圍掃描技術（例如結構化光相機系統(tǒng)或激光測距儀）相比，ToF傳感器與它們相比要便宜得多。

盡管有所有這些限制，ToF仍然非?？煽?，并且是捕獲3D信息的非?？焖俚姆椒?。

ToF的局限性

盡管ToF有很多好處，但它也有局限性。ToF的一些局限性包括：

散射光

如果非常明亮的表面離您的ToF傳感器很近，它們可能會將太多的光散射到您的接收器中，并產(chǎn)生偽影和不必要的反射，因為您的ToF傳感器只需要反射一次的光即可進行測量。

多重反射

在角落和凹形上使用ToF傳感器時，它們可能會導致不必要的反射，因為光可能會多次反射，從而使測量失真。

環(huán)境光

在明亮的陽光下戶外使用ToF相機可能會導致戶外使用困難。這是由于陽光的高強度會導致傳感器像素快速飽和，從而無法檢測到從物體反射的實際光。

結語：

飛行時間傳感器可用于多種應用中。從3D制圖，工業(yè)自動化，障礙物檢測，自動駕駛汽車，農(nóng)業(yè)，機器人技術，室內(nèi)導航，手勢識別，對象掃描，測量量，監(jiān)視到增強現(xiàn)實！ToF技術的應用層出不窮。
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