1. ToF(Time-of-Flight) 센서란 무엇입니까?

비행 시간 카메라 란 무엇입니까? 비행기의 비행을 포착하는 카메라인가요? 비행기나 비행기와 관련이 있나요? 글쎄요, 사실 아직 멀었어요!

ToF는 물체, 입자 또는 파동이 거리를 이동하는 데 걸리는 시간을 측정한 것입니다. 박쥐의 소나 시스템이 작동한다는 사실을 알고 계셨나요? 비행 시간 시스템은 비슷합니다!

ToF(Time-of-Flight) 센서에는 여러 종류가 있지만 대부분은 LiDAR(빛 감지 및 거리 측정)라는 기술을 사용하여 이미지의 다양한 지점에 빛을 비추어 깊이를 측정하는 ToF(Time-of-Flight) 카메라와 레이저 스캐너입니다. 적외선으로.

ToF 센서를 사용하여 생성 및 캡처된 데이터는 보행자 감지, 얼굴 특징을 기반으로 한 사용자 인증, SLAM(동시 위치 파악 및 매핑) 알고리즘을 사용한 환경 매핑 등을 제공할 수 있으므로 매우 유용합니다.

이 시스템은 실제로 로봇, 자율주행차는 물론 모바일 기기에도 널리 사용되고 있습니다. 예를 들어 Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ 등을 사용하는 경우 휴대폰에 ToF 카메라가 있습니다!

ToF 카메라

2. 비행시간 센서는 어떻게 작동하나요?

이제 ToF(Time of Flight) 센서가 무엇이고 어떻게 작동하는지 간략하게 소개하겠습니다.

ToF센서는 작은 레이저를 사용하여 적외선을 방출하며, 그 결과 생성된 빛은 물체에 반사되어 센서로 돌아옵니다. 빛이 방출되고 물체에 반사된 후 센서로 돌아오는 시간 차이를 바탕으로 센서는 물체와 센서 사이의 거리를 측정할 수 있습니다.

오늘은 ToF가 이동 시간을 사용하여 거리와 깊이를 결정하는 두 가지 방법, 즉 타이밍 펄스를 사용하고 진폭 변조파의 위상 편이를 사용하는 방법을 살펴보겠습니다.

시간 펄스 사용

예를 들어 레이저로 대상을 조명한 다음 스캐너로 반사광을 측정한 다음 빛의 속도를 사용하여 물체의 거리를 추정하여 이동 거리를 정확하게 계산하는 방식으로 작동합니다. 또한 레이저 반환 시간과 파장의 차이를 사용하여 대상의 정확한 디지털 3D 표현과 표면 특징을 만들고 개별 특징을 시각적으로 매핑합니다.

위에서 볼 수 있듯이 레이저 빛이 발사된 다음 물체에서 반사되어 센서로 다시 돌아옵니다. ToF 카메라는 레이저 복귀 시간을 통해 빛의 이동 속도를 고려하여 짧은 시간 내에 정확한 거리를 측정할 수 있습니다. (ToF가 거리로 변환됨) 이는 분석가가 물체의 정확한 거리에 도달하기 위해 사용하는 공식입니다.

(빛의 속도 x 비행 시간) / 2

ToF는 거리로 변환됩니다.

보시다시피, 조명이 꺼진 동안 타이머가 시작되고 수신기가 반사광을 수신하면 타이머가 시간을 반환합니다. 두 번 빼면 빛의 '비행시간'이 얻어지고, 빛의 속도는 일정하므로 위의 공식을 이용하면 쉽게 거리를 계산할 수 있다. 이런 방식으로 물체 표면의 모든 점을 결정할 수 있습니다.

AM 파의 위상 변화를 이용하세요

다음으로,ToF연속파를 사용하여 반사광의 위상 변화를 감지하여 깊이와 거리를 결정할 수도 있습니다.

AM 파를 이용한 위상 변화

진폭을 변조함으로써 알려진 주파수를 갖는 정현파 광원을 생성하므로 감지기가 다음 공식을 사용하여 반사광의 위상 변이를 결정할 수 있습니다.

여기서 c는 빛의 속도(c = 3 × 10^8m/s), λ는 파장(λ = 15m), f는 주파수이므로 센서의 각 지점을 깊이 있게 쉽게 계산할 수 있습니다.

이 모든 일은 우리가 빛의 속도로 일하면서 매우 빠르게 일어납니다. 센서가 측정할 수 있는 정밀도와 속도를 상상할 수 있습니까? 예를 들어, 빛은 초당 300,000km의 속도로 이동합니다. 물체가 5m 떨어져 있는 경우 카메라를 떠난 빛과 돌아오는 빛의 시간 차이는 약 33나노초이며 이는 0.000000033초에 불과합니다! 우와! 말할 것도 없이, 캡처된 데이터는 이미지의 모든 픽셀에 대해 정확한 3D 디지털 표현을 제공합니다.

사용된 원리에 관계없이 전체 장면을 비추는 광원을 제공하면 센서가 모든 지점의 깊이를 결정할 수 있습니다. 이러한 결과는 각 픽셀이 장면의 해당 지점까지의 거리를 인코딩하는 거리 맵을 제공합니다. 다음은 ToF 범위 그래프의 예입니다.

ToF 범위 그래프의 예

이제 ToF가 작동한다는 것을 알았으니 ToF가 왜 좋은가요? 왜 그것을 사용합니까? 그것들은 무엇에 좋은가요? 걱정하지 마십시오. ToF 센서를 사용하면 많은 장점이 있지만 물론 몇 가지 제한 사항도 있습니다.

3. ToF(Time-of-Flight) 센서 사용의 이점

정확하고 빠른 측정

초음파나 레이저와 같은 다른 거리 센서에 비해 ToF(Time-of-Flight) 센서는 장면의 3D 이미지를 매우 빠르게 구성할 수 있습니다. 예를 들어 ToF 카메라는 이 작업을 한 번만 수행할 수 있습니다. 뿐만 아니라 ToF 센서는 단시간에 정확하게 물체를 감지할 수 있고 습도, 기압, 온도에 영향을 받지 않아 실내외 모두에 적합하다.