ToF(Time of Flight)란?
이번 글에서는
ToF (Time of Fligh)
에 대하여 살펴보겠습니다.
ToF(Time of Flight) 기술은
신호(빛, 음파, 전파 등)가
물체에 반사되어 돌아오는 시간을
측정하여 거리를 계산하는 방식입니다.
이 기술은 3D 이미징, 거리 측정,
비접촉식 센싱 등에 널리 사용됩니다.
일반 카메라와 ToF 방식의 차이
우리가 자주 사용하는 카메라는
광원에서 출발한 빛이
어느 길을 통해서
들어오는 빛인지 상관없이
카메라의 이미지 센서
한 픽셀에 모이는 빛을 저장합니다.
ToF 는
신호가 발사되어
물체와 부딪친 후
반사되어
돌아오는 데
걸리는 시간을
측정합니다.
ToF 방식의 두 가지 유형: Direct vs Indirect
ToF (Time-of-Flight) 이미징에는
두 가지 주요 방식이 있습니다.
직접 ToF (Direct ToF, dToF),
간접 ToF (Indirect ToF, iToF)
Direct ToF는
우리가 발사한 빛이
물체에 표면에서 반사되어
돌아오는 빛을 측정합니다.
물체로 간 빛이 일부는 흡수되고
일부는 다른 곳으로 반사되어
Direct ToF 로 측정한 세기가
발사한 빛보다 약해지게 됩니다.
이렇게 표면에서 반사되어
처음 도착하는 빛을 측정하는
Range imaging 방법은
빠르고 간단하다는
장점이 있습니다.
Indirect ToF 방식에서는
위상 변이를 사용하여
빛의 비행 시간을
간접적으로 측정합니다.
이는 주파수 변조를 통해 이루어집니다.
단순히 위상 차이 측정을
넘어서 빛의 전파 과정을
정말 세밀히 관측하기 위한
Transient Imaging 방법도 있습니다.
ToF 카메라의 구성 요소
Direct ToF imaging 을 하기 위해서는
빛을 발생시키는 광원 (Pulsed Laser) 와
돌아오는 빛을 측정하는
High-speed Photodetector (고속 광검출기)
그리고 Time Measurement Unit (시간 측정 도구)가
필요합니다.
Indirect ToF imaging 을 하기 위해서는
Continuous wave (변조된 연속파) 를 발사할 수 있는
Modulated Light Source 가 필요하고,
Phase detector (위상 검출기),
Modulation and Synchronization Unit (변조 및 동기화 장치) 가
필요합니다.
| 항목 | Direct ToF | Indirect ToF |
|---|---|---|
| 측정 방식 | 신호가 반사되어 돌아오는 시간 직접 측정 | 위상 변화를 통한 간접 측정 |
| 필요 장비 | Pulsed Laser, 고속 광검출기, Time Measurement Unit | Modulated Light Source, Phase Detector, Sync Unit |
| 장점 | 간단하고 빠름 | 고정밀 위상 측정 가능 |
| 단점 | 장거리에서 신호 약화, 외부 간섭 영향 큼 | 구현 복잡도 높고 계산량 많음 |
| 응용 분야 | 자동차 LiDAR, 거리 측정 센서 | 모바일 3D 카메라, AR 장비 등 |
ToF 기술의 활용 사례
ToF imaging 기술은
이미 아래 예시와 같은 많은 곳에서
사용되고 있습니다.
그런 건 난 잘 모르겠고,
ToF는 빛이 물체에 닿고
되돌아오는 시간을 측정해
거리를 재는 방식
참고자료
