سنسور زمان پرواز (Time-of-Flight Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور زمان پرواز (Time-of-Flight Sensor) :
سنسور زمان پرواز (ToF) یک فناوری فاصله یابی است که با اندازه گیری زمان لازم برای سفر یک سیگنال (نور، صدا، یا رادیو) از فرستنده به یک هدف و بازگشت به گیرنده، فاصله را محاسبه می کند. اگرچه این اصل در سنسورهای اولتراسونیک، رادار و LIDAR نیز به کار می رود، اما در کاربردهای تصویربرداری سه بعدی، "دوربین ToF" به دسته خاصی از سنسورها اطلاق می شود که یک نقشه عمق کامل از صحنه را در یک لحظه (بدون اسکن مکانیکی) ثبت می کنند. این دوربین ها از یک منبع نور مدوله شده (معمولا LED یا لیزر فروسرخ) و یک سنسور تصویر ویژه که می تواند اختلاف فاز نور بازگشتی را برای هر پیکسل اندازه گیری کند، تشکیل شده اند.
در رایج ترین روش ToF (مدولاسیون پیوسته)، نور LED/لیزر با فرکانس بالایی (مثلا ۱۰۰ مگاهرتز) خاموش و روشن (مدوله) می شود. نور بازتابی از اجسام با تأخیر زمانی به سنسور می رسد و بنابراین نسبت به نور ارسالی دارای اختلاف فاز (
\[ \phi \]) است. هر پیکسل از سنسور ToF یک فتودیود است که می تواند میزان نور دریافتی را در چند بازه زمانی بسیار کوتاه (چهار بازه) هماهنگ با مدولاسیون نور اندازه گیری کند. با تحلیل این چهار نمونه، اختلاف فاز (و در نتیجه فاصله) برای آن پیکسل محاسبه می شود.
مزایای دوربین های ToF:
سرعت بالا: می توانند نقشه عمق را با نرخ فریم بالا (تا ۶۰ فریم بر ثانیه) ارائه دهند.
فشردگی: ابعاد کوچک، مناسب برای تلفن های هوشمند و دستگاه های قابل حمل.
عدم نیاز به بافت محیط: بر خلاف دوربین های استریو، بر روی سطوح بدون بافت نیز عملکرد خوبی دارند.
معایب:
محدودیت برد: معمولا تا چند متر (تا ۱۰ متر) به دلیل کاهش شدت نور با مجذور فاصله.
تداخل با نور محیط: نور خورشید می تواند باعث کاهش دقت شود (با استفاده از فیلترهای نوری و نور پالسی جبران می شود).
چند مسیره بودن نور (Multi-path interference): نور بازتابی از سطوح مختلف می تواند باعث خطا در اندازه گیری فاصله شود.
کاربردها: تشخیص چهره (برای آنلاک امنیتی در تلفن ها)، واقعیت افزوده (جای گذاری اشیاء مجازی)، رباتیک (اجتناب از مانع در فواصل نزدیک)، و اسکن سه بعدی.
\[ d = \frac{c}{2} \cdot \frac{\phi}{2\pi f} \]که
\[ c \]سرعت نور،
\[ \phi \]اختلاف فاز، و
\[ f \]فرکانس مدولاسیون است.
