什麼是ToF (Time of Flight) 3D飛行時間 ?原理、應用與優勢解析

什麼是3D 飛行時間?

在傳統感測應用中,大多數測量感測器主要針對單一點位,適合在狹窄區域中進行特定點的檢測。然而,某些應用場景需要在更大區域內檢測物體,例如判斷運輸車內是否已裝滿不同形狀的包裹,或測量整個托盤上的物品高度,以確保裝載與卸載的均勻性。在這類情況下,單點感測器可能無法滿足需求,因此可使用3D 飛行時間 ToF(Time of Flight) 感測器進行整個空間的測量。

邦納感測器全球產品經理Alex Novak指出:「3D飛行時間是一種光學測量技術。它通過距離點製成的網格,創建3D點雲信息,並根據這些信息來解析目標物的不同情況,例如用來計算箱內多個物品的體積。」

3D 飛行時間的工作原理

3D ToF 感測器的基本原理是光線從感測器發出,碰到目標後反射回多像素成像器。當光線回到感測器時,每個像素會根據接收到的光線部分,報告不同的距離測量點。透過測量各像素的光線往返時間,感測器即可繪製完整的三維影像。

3D 飛行時間技術的優勢與其他感測技術的區別

多數其他光學感測技術僅能從小直徑單點測量回傳信號,這使得它們難以識別被測物體的高度起伏。而3D ToF 感測器則將發光源與一種特殊成像器結合,能在單次光線發射後,同步進行多次距離測量,從而生成並解讀3D影像。因此,3D ToF技術能從大範圍內的多點收集數據,而傳統感測器則僅能從特定小點進行測量。

3D 飛行時間技術的應用優勢

3D ToF 感測器可提供比單點感測器更豐富的數據,使得用戶能在多種應用場景中做出更為明智的判斷。比如,運輸車和托盤中的包裝品形狀、大小、角度各異,會形成不同的輪廓。3D ToF感測器能夠偵測到這些隨機變化的輪廓,無論包裝物的大小、角度或位置如何。對於托盤中的物品,無論放置位置如何,感測器都能即時監控頂部的堆疊高度是否達到設定標準,並在整個區域內的任何地方達到預設的填充水平時通知操作員。

當需要在大範圍內進行精確的高度測量時,3D ToF 技術可有效解決許多困難的應用場景,而其他技術則無法提供同等全貌。


何為飛時測距(ToF:Time of Flight):

利用發光二極體(LED:Light Emitting Diode)或 雷射二極體 (LD:Laser Diode)發射出紅外光,照射到物體表面反射回來,由於光速(v)已知,可以利用一個紅外光 影像感測器 量測物體不同深度的位置反射回來的時間(t),利用簡單的數學公式就可以計算出物體不同位置的距離(深度),如下圖所示:

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