解码 TOF技术 | 以光为尺，精准丈量世界之距

在追求更高精度和更快响应速度的距离测量技术的道路上，科学家们一直在不懈地探索。在这个过程中，他们引入了光电技术，基于光在空气中传播速度恒定的这一原理，他们提出了一个大胆的设想：通过测量光从发射到被物体反射回来的时间（即飞行时间），来计算物体与光源之间的距离。

 

经过无数次的实验和研究，科学家们终于成功地发明了基于飞行时间测距原理的新型传感器——TOF传感器。这一技术的诞生，不仅解决了传统距离测量方法存在的问题，还为工业自动化、自动驾驶、机器人导航等领域的发展提供了强大的技术支持。

 

 

1

什么是TOF技术？

TOF（Time-Of-Flight）光电技术是一种用于测量物体距离的技术。它基于光飞行时间的原理，通过发射一定波长的光并测量光从发射到被物体反射回来的时间，从而确定物体与光源之间的距离。

飞行时间 (TOF)：一种检测物体距离的技术

 

TOF传感器发射的信号是光信号，即光子（Photons），使用光子在两点之间传播所需的时间来计算两点之间的距离。

光子（Photons）是构成光的基本粒子。它们有不同的波长，如图所示，不同的波长的波用处不同，在之前的文章中介绍过（点击这里可跳转复习）。

常见的ToF传感器使用的是靠近红外光或者激光，常见的波长是 850 nm 和 940 nm

光子的三个关键属性如下：

1、光子携带能量

2、它们以恒定的速度行进，通常是光速

3、他们很少独自旅行

 

 

 

2

TOF的分类

 

ToF传感器都使用光子在两点之间传播所需的时间来测量距离，根据发射光的调制方式不同，可以将ToF可以分为dToF（Direct-ToF，直接飞行时间）和IToF(Indirect-TOF，间接飞行时间)。

 

1、直接飞行时间

dToF（direct Time-of-Flight 直接飞行时间)，光源被脉冲调制（Pulsed Modulation），直接TOF传感器发出仅持续几纳秒的短光脉冲，然后测量一些发射光返回所需的时间。一般采用方波脉冲调制，这是因为它用数字电路来实现相对容易。

 

2、间接飞行时间

iToF（indirect Time-of-Flight）间接光飞行时间，iToF原理为把发射的光调制成一定频率的周期型信号，测量该发射信号与到达被测量物反射回接收端时的相位差，间接计算出飞行时间。即是通过测量相位偏移差来间接测量光的飞行时间，而不是直接测量光飞行时间。

 

 

iToF向场景中发射调制后的红外光信号，再由传感器接收场景中待测物体反射回来的光信号，根据曝光（积分）时间内的累计电荷计算发射信号和接收信号之间的相位差，从而获取目标物体的深度。
 

 

 

 

 

3

TOF技术原理的优势

1、测量精确快速

TOF传感器能够在短时间内准确地检测物体，并且不受湿度，气压和温度的影响，使其适合于室内和室外使用

 

2、测量距离长

TOF传感器具有较高的灵活性，因为它们能够检测各种形状和大小的近距离和远距离物体

 

3、安全

许多TOF传感器都使用低功率红外激光作为光源，并通过调制脉冲驱动它。传感器达到1类激光安全标准，可确保其对人眼的安全。

 

4、成本低

与其他3D深度范围扫描技术（例如结构化光相机系统或激光测距仪）相比，TOF传感器与它们相比要便宜得多。

 

 

 

4

TOF技术的应用

使用TOF传感器生成和捕获的数据非常有用，因为它可以提供深度信息，结合相机，就可以得到3D图像，这样就可以进行行人检测，基于面部特征的用户身份验证，使用SLAM（同时定位和映射）算法的环境映射等等。TOF传感器广泛的应用在手机，机器人，智能汽车，AR等各个方面。

TOF技术通过测量光脉冲从发射到接收的时间差，可以精确计算出目标物体与传感器之间的距离。这种技术在工业自动化中至关重要，特别是在需要高精度定位和导航的应用中。

 

明治的TOF产品：

1、机器人导航与定位：

机器人可以通过激光雷达AS系列TOF传感器实时测量与周围物体的距离，实现自主导航和避障功能。

 

 

 

 

2、物料搬运与装配：

在生产线上，机器人可以配备TOF光电传感器PX-FM系列来进行识别和测量定位物料，实现精确的拾取和放置作业。
 

 

 

 

在工业自动化中，TOF技术以其高精度、快速响应、安全防护和性能优势等特点，为工业自动化提供了强大的技术支持。通过精确的距离测量、快速的响应能力、有效的安全防护和卓越的性能表现，TOF技术正在推动着工业自动化向着更高效、更安全、更智能的方向发展。