解碼 TOF技術 | 以光為尺，精準丈量世界之距

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

經(jīng)過無數(shù)次的實驗和研究，科學家們終于成功地發(fā)明了基于飛行時間測距原理的新型傳感器——TOF傳感器。這一技術的誕生，不僅解決了傳統(tǒng)距離測量方法存在的問題，還為工業(yè)自動化、自動駕駛、機器人導航等領域的發(fā)展提供了強大的技術支持。

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什么是TOF技術？

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

飛行時間 (TOF)：一種檢測物體距離的技術

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

光子（Photons）是構成光的基本粒子。它們有不同的波長，如圖所示，不同的波長的波用處不同，在之前的文章中介紹過（點擊這里可跳轉復習）。

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

光子的三個關鍵屬性如下：

1、光子攜帶能量

2、它們以恒定的速度行進，通常是光速

3、他們很少獨自旅行

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TOF的分類

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

1、直接飛行時間

dToF（direct Time-of-Flight 直接飛行時間)，光源被脈沖調制（Pulsed Modulation），直接TOF傳感器發(fā)出僅持續(xù)幾納秒的短光脈沖，然后測量一些發(fā)射光返回所需的時間。一般采用方波脈沖調制，這是因為它用數(shù)字電路來實現(xiàn)相對容易。

2、間接飛行時間

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

iToF向場景中發(fā)射調制后的紅外光信號，再由傳感器接收場景中待測物體反射回來的光信號，根據(jù)曝光（積分）時間內的累計電荷計算發(fā)射信號和接收信號之間的相位差，從而獲取目標物體的深度。

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TOF技術原理的優(yōu)勢

1、測量精確快速

TOF傳感器能夠在短時間內準確地檢測物體，并且不受濕度，氣壓和溫度的影響，使其適合于室內和室外使用

2、測量距離長

TOF傳感器具有較高的靈活性，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

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。

4、成本低

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。

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TOF技術的應用

使用TOF傳感器生成和捕獲的數(shù)據(jù)非常有用，因為它可以提供深度信息，結合相機，就可以得到3D圖像，這樣就可以進行行人檢測，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。TOF傳感器廣泛的應用在手機，機器人，智能汽車，AR等各個方面。

TOF技術通過測量光脈沖從發(fā)射到接收的時間差，可以精確計算出目標物體與傳感器之間的距離。這種技術在工業(yè)自動化中至關重要，特別是在需要高精度定位和導航的應用中。

明治的TOF產(chǎn)品：

1、機器人導航與定位：

機器人可以通過激光雷達AS系列TOF傳感器實時測量與周圍物體的距離，實現(xiàn)自主導航和避障功能。

2、物料搬運與裝配：

在生產(chǎn)線上，機器人可以配備TOF光電傳感器PX-FM系列來進行識別和測量定位物料，實現(xiàn)精確的拾取和放置作業(yè)。

在工業(yè)自動化中，TOF技術以其高精度、快速響應、安全防護和性能優(yōu)勢等特點，為工業(yè)自動化提供了強大的技術支持。通過精確的距離測量、快速的響應能力、有效的安全防護和卓越的性能表現(xiàn)，TOF技術正在推動著工業(yè)自動化向著更高效、更安全、更智能的方向發(fā)展。