ToF sensörü, derinlik ve mesafeyi ölçmek için uçuş süresini kullanan bir sensördür. ToF sensörü, Türkçede uçuş süresi sensörü veya uçuş mesafe sensörü olarak da bilinir. Time of Flight (ToF) terimi, bir nesnenin bir ortamda belirli bir mesafe kat etmesi için geçen süre anlamına gelir. Fırlatma hareketinde, nesnenin fırlatılmasından yere indiği veya yüzeye temas ettiği zamana kadar geçen toplam süredir. Görüntüleme teknolojisinde, bir hedef nesnenin derinliğini veya iki nesne arasındaki mesafeyi hesaplamak için Time of Flight (ToF) tekniği kullanılır.
Time of Flight (ToF) ilkesi, bir nesne tarafından yansıtıldıktan sonra bir sinyalin emisyonu ile sensöre dönüşü arasındaki zaman farkına dayalı olarak bir sensör ile bir nesne arasındaki mesafeyi ölçmek için bir yöntemdir. En yaygın olanı ses ve ışık olan Uçuş Süresi ilkesiyle çeşitli sinyal türleri (taşıyıcı olarak da adlandırılır) kullanılabilir.
ToF sensörüyle donatılmış bir kamera, modüle edilmiş bir ışık kaynağıyla (lazer veya LED gibi) bir nesneyi aktif olarak aydınlatarak mesafeyi ölçer. Yansıyan ışığı yakalamak için lazerin dalga boyuna (tipik olarak 850nm veya 940nm) duyarlı bir sensör kullanır. ToF sensörleri, robot navigasyonu, araç izleme, insan sayma ve nesne algılama dâhil olmak üzere bir dizi uygulama için kullanılır. ToF mesafe sensörleri, noktalar arasındaki mesafeyi hesaplamak için fotonların iki nokta arasında seyahat etmesi için geçen süreyi kullanır.
ToF Sensörleri, daha yüksek hız, daha uzun menzil, daha düşük ağırlık ve göz güvenliğini benzersiz bir şekilde bir araya getirebildiği için taşıyıcı olarak ışığı kullanır. Kızılötesi ışık kullanarak, daha az sinyal bozulması ve doğal ortam ışığından daha kolay ayrım yapılmasını sağlayabiliriz, bu da verilen boyut ve ağırlık için en yüksek performanslı mesafe sensörleriyle sonuçlanır.
ToF Sensörü Nasıl Çalışır?
Sensör, ışığın yayıldığı andan ve yansıyan ışığın kamera veya sensör tarafından alındığı zamandan itibaren zaman gecikmesini ∆T ölçer. Bu zaman gecikmesi, kamera ile nesne arasındaki mesafenin iki katı ile orantılıdır. Bu nedenle, derinlik aşağıdaki gibi tahmin edilebilir.
d = cΔT/2, burada c ışığın hızıdır.
Aşağıdaki görüntü, bir hedef nesneye olan mesafeyi ölçmek için bir ToF kamerasının çalışmasını göstermektedir.
ToF Sensörü Kamera Sisteminin Temel Bileşenleri şunlardır:
- ToF sensörü ve sensör modülü
- Işık kaynağı
- Derinlik sensörü
Aşağıdaki resim, ToF kamera sistemindeki bileşenlerini göstermektedir.
ToF kamera sisteminin bileşenleri
- ToF Sensörü ve Sensör modülü
Sensör, bir ToF kamera sisteminin temel bileşenidir. Sahneden yansıyan ışığı toplayan ve dizinin her pikselinde derinlik verisine dönüştüren sensördür. Sensörün çözünürlüğü ne kadar yüksek olursa, oluşturulan derinlik haritasının kalitesi o kadar iyi olur. Ayrıca ToF kameradaki sensör modülü, daha iyi ışık toplama verimliliği için tipik olarak geniş diyafram ile gelen optiklere de sahiptir. Buna ek olarak, bir bant geçiren filtre (850nm ve 940nm dalga boylarına sahip ışığı geçirecek şekilde tasarlanmıştır) VCSEL çıktı verimliliğini en üst düzeye çıkarmaya yardımcı olur.
- Işık kaynağı
Bir ToF kamerada, bir lazer VCSEL veya LED kullanılarak ışık üretilir. Tipik olarak, NIR (Yakın Kızılötesi) aydınlatma, 850nm ve 940nm dalga boylarında kullanılır. VCSEL, optiklerin görüş alanı ile eşleşmesi için görüntü sensörünün önündeki aydınlatmayı dağıtan bir difüzör ile birlikte gelir. Bu modül ayrıca optik dalga formunun yükselme ve düşme sürelerini temiz kenarlarla kontrol eden bir lazer sürücüsü içerir.
- Derinlik işlemcisi
Bir derinlik işlemcisi, görüntü sensöründen gelen faz bilgisi ile ham piksel verilerinin derinlik bilgisine dönüştürülmesine yardımcı olur. Diğer uç uygulamalar için kullanılabilecek pasif 2D IR (Kızılötesi) görüntüler sağlamanın yanı sıra gürültü filtrelemeye de yardımcı olur.
ToF Sensörünün Kullanım Alanları
ToF sensörünün kullanım alanları, robot navigasyonu, araç izleme, insan sayma ve nesne algılama dâhil olmak üzere bir dizi uygulama içermektedir.
ToF sensörünün kullanım alanlarından bazılarını inceleyelim.
- Kişi Saymada ToF Sensörleri
Geleneksel görüntüleme sistemleri, bir nesne veya sahne hakkında temel bilgileri yakalamak için mükemmeldir, ancak doğru bir mesafe izlenimi veremez. İnsan algısı öyledir ki, bir fotoğraftaki alan derinliğini sıklıkla sezebiliriz ve belirsiz de olsa sensörün nesneden ne kadar uzakta olduğunu anlayabiliriz. İnsan sayaçları ve hareket dedektörleri gibi otonom sistemlerin böyle bir lüksü yoktur. Algılama öğesi ile ilgilenilen konu/nesneler arasındaki mesafeyi hesaplamak için ToF ilkesine güvenirler.
ToF sensörleri, Dünya çapında insan sayma uygulamalarında devrim niteliğinde bir konsept olduğunu kanıtlamıştır. Kişisel gizlilik ve veri korumasına ilişkin en yüksek hassasiyet garantili ve benzersiz değerlendirmeler ile ToF sensörleri, periyodik doluluk sayımından alan optimizasyonuna kadar çeşitli temel iş metrikleri hakkında üstün bilgiler sunan kişi sayma uygulamalarına olanak tanır.
- Doğru Stok İzleme Sağlamak için ToF Sensörleri
ToF teknolojisini kullanılarak katı, toz veya sıvı malzemelerin dolum ve stok seviyeleri sürekli olarak ölçülebilir. Silolarda, kutularda, tanklarda, stoklarda ve daha fazlasında bu işlem uygulanabilir.
ToF Sensörlerinin Avantajları
Time of Flight (ToF) Sensörü, doğru, uygun fiyatlı mesafe ve derinlik algılama teknolojisi için güçlü bir teknolojidir. ToF Sensörlerinin avantajlarını inceleyelim.
- Küçük ve Hafif
ToF sensörleri küçük boyutlu ve hafif olmakla birlikte yüksek performans seviyesi sağlar. Bu, sensörlerin daha önce daha büyük, daha ağır sensörler kullanıldığında mümkün olmayan yerlere yerleştirilebileceği anlamına gelir. Akıllı binalar ve seviye izleme için bu gerçek bir avantajdır.
- Uzun Mesafe
Küçük boyutlarına ve hafifliğine rağmen, ToF mesafe sensörleri güçlü bir performans deliği sunar. Ortalama 60m’ye kadar mesafeleri ölçebilirler.
- Hızlı Yenileme Oranları
ToF sensörleri, yüksek hızlı okumalar için optimize edilmiştir. Küçük ve hafif olmasının yanı sıra, yüksek veri yenileme hızlarına sahiptirler. Bu durum, ToF sensörlerini, insanları saymaktan endüstriyel otomasyona kadar hızlı hareket eden uygulamalar için ideal hale getirir.
- LED Aydınlatma
ToF sensörlerinde, lazer yerine Kızılötesi LED teknolojisini kullanılabilmektedir. Bu, bazı önemli faydalar sağlamaktadır.
- Göz Güvenliği: Lazer Sınıf 1 güvenlik önlemlerine gerek kalmadan her koşulda göze zarar vermez.
- Görüş Alanı: Çok küçük bir noktayı ölçmek yerine, yayılan ışığın yayılmasına ve bir görüş alanı oluşturmasına izin verir. Birçok uygulamada, bu belirgin bir avantaj olabilir. Örnek olarak, bir ağacı algılamaya çalışan bir sensörü düşünelim. Bir lazerle yaprakları tespit edebilir veya boşluklardan geçerek çok daha uzaktaki bir şeyi tespit edebilirsiniz.
- Güç Tüketimi: Bazı lazer cihazlarla karşılaştırıldığında LED’ler çok daha az güç tüketir.
Omron Electronics B5L 3D Uçuş Süresi (TOF) Sensör Modülü
Omron Electronics B5L 3D Uçuş Süresi (TOF) Sensör Modülü, insanların ve nesnelerin üç boyutlu mesafe ölçümünü sağlar. Modül, yüksek ortam ışığı bağışıklığına sahip gömülü bir 3D sensöre sahiptir ve yüksek hassasiyet, uzun ömür ve parazit önleme sağlar. Sensör, güneş ışığı altında bile geniş bir alanda üç boyutlu mesafe bilgilerinin kararlı ölçümü için benzersiz optik tasarım teknolojisini kullanır.
Özellikler:
- İnsanlara veya nesnelere gerçek zamanlı 3B mesafe algılama
- TOF yöntemi tabanlı mesafe görüntü sensörü modülü
- 000 lx ortam ışığı bağışıklığına eşdeğer
- ±2% (2m) yüksek hassasiyet
- Sürekli sürüş altında 5 yıl uzun ömür eşdeğeri
- 320 x 240 piksel numarası
- 70° x 90° görüş açısı
- 0,5 m ila 4 m algılama mesafesi
- 10 fps (normal mod)
- LED (emisyon dalga boyu 940nm) ışık kaynağı
- 24V DCgüç kaynağı voltajı
- 0°C ila +50°C çalışma sıcaklığı aralığı
UYGULAMALAR
- AMR/hizmet robotları
- Lojistik ve taşıma
- İzleme ve gözlem
- Otomatik kapılar/asansörler