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ToF技术在智能家居中的应用

Simon观察 来源:电子发烧友网 作者:黄山明 2023-11-20 09:03 次阅读

电子发烧友网报道(文/黄山明)ToF(Time of Flight)作为一种通过测量光传输过程中的时间来实现距离测量的技术,可以检测镜头到物体距离,由此能够实现快速高精度的空间测量和三维成像。同时,受益于消费电子市场的爆发式增长,全球3D成像与传感的市场预计会进一步扩大。作为其中一种主流技术,ToF在智能家居等领域的应用前景也被看好。

ToF的技术原理

ToF的中文名称为飞行时间技术,其测距原理是通过给目标连续发送光脉冲,然后用传感器接收从物体返回的光,通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。

其技术原理其实并不复杂,简单来说,就是依靠光速恒定来测算出物体与镜头之间的距离。具体操作上,通常ToF传感器会使用微小的发射器发射红外光或者激光,其中产生的光会从任何物体反射并返回到传感器。根据光的发射与被物体反射后返回传感器之间的时间差,传感器可以测量物体与传感器之间的距离。

例如,当发射器发射红外光并启动计时,当红外光从物体反射回接收器时记录时间,这样就测量到了光的“飞行时间”。由于光的速度是已知恒定的,因此可以通过下列公式算出传感器到测量物体的精确距离:(光速x飞行时间)/ 2。实际中的ToF传感器是一个阵列,通过这个阵列,可以测量整个物体表面的距离。

而在近些年,ToF技术的应用领域不断拓宽。ToF技术也不再只用于简单的测距任务,而是逐渐向复杂的3D成像与感知方向发展。例如,手机中的ToF摄像头可以通过该技术实现隔空手势识别交互,或者在后置3D成像与感知模组中采用ToF技术,以实现更丰富的应用场景。

尤其是智能家居,成为ToF技术的重要应用领域之一。通过使用ToF技术,智能设备可以更好地理解和适应周围环境,例如家用智能机器人或更多智能设备可以通过这项技术提升其环境感知和理解能力。

ToF技术在智能家居中的应用

ToF技术本身的特性,也非常契合智能家居的相关应用领域。比如可以通过捕捉环境中各个物体的距离、形状和运动路径,对它们进行识别判断。因此可以实现无人驾驶汽车的避障、机器人的导航、智能家居的自动化等应用。

ToF能够帮助家用智能机器人或者更多智能设备更好地理解和适应周围环境,比如通过多个ToF镜头的组合,可以实现三维姿态检测和精确定位。通过比较两个ToF镜头返回的数据,系统可以计算出设备在三维空间中的角度、方向和位置,帮助机器人实现避障和清扫等工作。

而通过单点距离检测,例如应用于智能门锁的距离检测,ToF技术可以实现增强的使用体验,避免发生碰撞等意外情况。

在安全监控领域中,ToF的应用也非常广泛。ToF镜头拥有高精度的测距功能,可以实现空间目标的探测与跟踪,适用于多种场景的监测,例如在夜视、隐蔽等环境下,ToF技术可以通过强光的反射和细微讯息来帮助人们实现监视、报警和识别等功能,进一步提升智能安防的产品性能。

相比结构光与视觉技术,ToF技术更小巧、更便宜、更耐用,也让其在智能家居领域中具有更高的性价比。同时ToF在远距离、成本低、尺寸小、响应时间快等方面具有明显优势。此外,由于ToF的测量误差主要来自组装系统,因而误差恒定,对算法要求较低使其响应更快。

小结

近几年来ToF技术已经越来越受到智能家居厂商的青睐,尤其是1D ToF传感器的推出,慢慢地得到了各大智能家居厂商的认可。这主要是因为ToF技术具有测距精度高、反应速度快、不受光照影响等特点,非常符合智能家居的需求,ToF开始在智能家居领域中得到越来越广泛的应用。

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