解碼 TOF技術(shù) | 以光為尺，精準(zhǔn)丈量世界之距

在追求更高精度和更快響應(yīng)速度的距離測(cè)量技術(shù)的道路上，科學(xué)家們一直在不懈地探索。在這個(gè)過程中，他們引入了光電技術(shù)，基于光在空氣中傳播速度恒定的這一原理，他們提出了一個(gè)大膽的設(shè)想：通過測(cè)量光從發(fā)射到被物體反射回來的時(shí)間（即飛行時(shí)間），來計(jì)算物體與光源之間的距離。

經(jīng)過無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)和研究，科學(xué)家們終于成功地發(fā)明了基于飛行時(shí)間測(cè)距原理的新型傳感器——TOF傳感器。這一技術(shù)的誕生，不僅解決了傳統(tǒng)距離測(cè)量方法存在的問題，還為工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人導(dǎo)航等領(lǐng)域的發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。

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什么是TOF技術(shù)？

TOF（Time-Of-Flight）光電技術(shù)是一種用于測(cè)量物體距離的技術(shù)。它基于光飛行時(shí)間的原理，通過發(fā)射一定波長(zhǎng)的光并測(cè)量光從發(fā)射到被物體反射回來的時(shí)間，從而確定物體與光源之間的距離。

飛行時(shí)間 (TOF)：一種檢測(cè)物體距離的技術(shù)

TOF傳感器發(fā)射的信號(hào)是光信號(hào)，即光子（Photons），使用光子在兩點(diǎn)之間傳播所需的時(shí)間來計(jì)算兩點(diǎn)之間的距離。

光子（Photons）是構(gòu)成光的基本粒子。它們有不同的波長(zhǎng)，如圖所示，不同的波長(zhǎng)的波用處不同，在之前的文章中介紹過（點(diǎn)擊這里可跳轉(zhuǎn)復(fù)習(xí)）。

常見的ToF傳感器使用的是靠近紅外光或者激光，常見的波長(zhǎng)是 850 nm 和 940 nm

光子的三個(gè)關(guān)鍵屬性如下：

1、光子攜帶能量

2、它們以恒定的速度行進(jìn)，通常是光速

3、他們很少獨(dú)自旅行

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TOF的分類

ToF傳感器都使用光子在兩點(diǎn)之間傳播所需的時(shí)間來測(cè)量距離，根據(jù)發(fā)射光的調(diào)制方式不同，可以將ToF可以分為dToF（Direct-ToF，直接飛行時(shí)間）和IToF(Indirect-TOF，間接飛行時(shí)間)。

1、直接飛行時(shí)間

dToF（direct Time-of-Flight 直接飛行時(shí)間)，光源被脈沖調(diào)制（Pulsed Modulation），直接TOF傳感器發(fā)出僅持續(xù)幾納秒的短光脈沖，然后測(cè)量一些發(fā)射光返回所需的時(shí)間。一般采用方波脈沖調(diào)制，這是因?yàn)樗?a href="http://ttokpm.com/v/tag/8791/" target="_blank">數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易。

2、間接飛行時(shí)間

iToF（indirect Time-of-Flight）間接光飛行時(shí)間，iToF原理為把發(fā)射的光調(diào)制成一定頻率的周期型信號(hào)，測(cè)量該發(fā)射信號(hào)與到達(dá)被測(cè)量物反射回接收端時(shí)的相位差，間接計(jì)算出飛行時(shí)間。即是通過測(cè)量相位偏移差來間接測(cè)量光的飛行時(shí)間，而不是直接測(cè)量光飛行時(shí)間。

iToF向場(chǎng)景中發(fā)射調(diào)制后的紅外光信號(hào)，再由傳感器接收?qǐng)鼍爸写郎y(cè)物體反射回來的光信號(hào)，根據(jù)曝光（積分）時(shí)間內(nèi)的累計(jì)電荷計(jì)算發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)之間的相位差，從而獲取目標(biāo)物體的深度。

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TOF技術(shù)原理的優(yōu)勢(shì)

1、測(cè)量精確快速

TOF傳感器能夠在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地檢測(cè)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

2、測(cè)量距離長(zhǎng)

TOF傳感器具有較高的靈活性，因?yàn)樗鼈兡軌驒z測(cè)各種形狀和大小的近距離和遠(yuǎn)距離物體

3、安全

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(qū)動(dòng)它。傳感器達(dá)到1類激光安全標(biāo)準(zhǔn)，可確保其對(duì)人眼的安全。

4、成本低

與其他3D深度范圍掃描技術(shù)（例如結(jié)構(gòu)化光相機(jī)系統(tǒng)或激光測(cè)距儀）相比，TOF傳感器與它們相比要便宜得多。

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TOF技術(shù)的應(yīng)用

使用TOF傳感器生成和捕獲的數(shù)據(jù)非常有用，因?yàn)樗梢蕴峁┥疃?a target="_blank">信息，結(jié)合相機(jī)，就可以得到3D圖像，這樣就可以進(jìn)行行人檢測(cè)，基于面部特征的用戶身份驗(yàn)證，使用SLAM（同時(shí)定位和映射）算法的環(huán)境映射等等。TOF傳感器廣泛的應(yīng)用在手機(jī)，機(jī)器人，智能汽車，AR等各個(gè)方面。

TOF技術(shù)通過測(cè)量光脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間差，可以精確計(jì)算出目標(biāo)物體與傳感器之間的距離。這種技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中至關(guān)重要，特別是在需要高精度定位和導(dǎo)航的應(yīng)用中。

明治的TOF產(chǎn)品：

1、機(jī)器人導(dǎo)航與定位：

機(jī)器人可以通過激光雷達(dá)AS系列TOF傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量與周圍物體的距離，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航和避障功能。

2、物料搬運(yùn)與裝配：

在生產(chǎn)線上，機(jī)器人可以配備TOF光電傳感器PX-FM系列來進(jìn)行識(shí)別和測(cè)量定位物料，實(shí)現(xiàn)精確的拾取和放置作業(yè)。

在工業(yè)自動(dòng)化中，TOF技術(shù)以其高精度、快速響應(yīng)、安全防護(hù)和性能優(yōu)勢(shì)等特點(diǎn)，為工業(yè)自動(dòng)化提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。通過精確的距離測(cè)量、快速的響應(yīng)能力、有效的安全防護(hù)和卓越的性能表現(xiàn)，TOF技術(shù)正在推動(dòng)著工業(yè)自動(dòng)化向著更高效、更安全、更智能的方向發(fā)展。