Time of Flight (ToF)

Hvad er Time of Flight (ToF)?

Time of Flight er princippet om at måle tiden det tager for et lyssignal at rejse fra sensoren, ramme et objekt og reflekteres tilbage. Lysets hastighed er konstant (3 × 10⁸ m/s), så når sensoren kan måle tids-forskellen, kan den beregne afstanden præcist:

afstand = (lysets hastighed × tid) / 2

"Divideret med 2" fordi lyset rejser frem og tilbage. På få nanosekunder kan moderne ToF-chips måle ned til mm-præcision over flere meters afstand.

iToF vs dToF — to fundamentalt forskellige tilgange

• iToF (indirect ToF): sender et moduleret IR-signal og måler fase-skiftet i det reflekterede signal. Velegnet til kompakte 3D-kameraer og kort-til-mellem rækkevidde. Følsom for omgivende lys.
• dToF (direct ToF): måler direkte tiden mellem lyspulse og refleksion. Mere præcis ved lange afstande, bedre solys-immunitet. Den dominerende teknologi i industri-LiDAR.

3D Matrix ToF — flere pixels i ét modul

Mens en single-point ToF-sensor giver én afstandsmåling, måler en 3D Matrix ToF afstanden i flere punkter samtidigt — typisk i et 8×8 eller 64×8 grid. Du får et "dybde-billede" hvor hver pixel er en afstand. Det åbner for helt nye applikationer: robotter kan se hele formen på en hindring, du kan genkende håndbevægelser i 3D, og du kan opbygge 3D-scener uden roterende motor.

Modeller i udvalget

• Gravity 8x8 Matrix ToF 3D Distance Sensor (SEN0628): 8×8 = 64 simultane afstandsmålinger i ét felt på 60° FOV. Op til 3,5 m rækkevidde. Både I²C og UART interface. Du får 64 afstandsdata per scan — perfekt til:
  • Robot-hindringsdetektion: en robot kan se HELE forhindringen, ikke bare et enkelt punkt. Den kan bestemme om hindringen kan nås på siden eller om den skal vendes om.
  • Gestus-genkendelse: 64 dybde-pixels er nok til at skelne håndbevægelser, swipes og pinch.
  • Volumetric scanning: mål volumen af kasser og objekter ved at scanne dem fra flere vinkler.
  • Personer-tælling: tæl folk der passerer en dør med 3D-information om højde og bredde.
  • Smart-home tilstedeværelse: mere præcis end PIR — kan skelne menneske fra hund eller robot-støvsuger.

Andre ToF-sensorer i butikken

ToF-teknologien dækker mange forskellige sensor-typer. De fleste single-point og 360° versioner er placeret under Laser og LIDAR:

• Single-point ToF (kompakte): ST VL6180X (5-100 mm), VL53L3CX (25-3000 mm) — til Arduino-projekter med kort-mellem rækkevidde.
• Single-point lang-distance: TF-Luna (8 m), TF-Mini Plus (12 m), TF03 (180 m), TFA300-L (290 m).
• 360° rotating LiDAR (DTOF): RPLIDAR-serien, STL-27L — til SLAM og rum-mapping.
• 3D ToF-kameraer: CS20, CS30, RGB-D ToF — til ROS-projekter og avanceret AI.

Se hele udvalget under Laser og LIDAR.

Sammenligning — ToF vs ultralyd vs IR-proximity

3D ToF Matrix vs Single-point — hvornår skal jeg vælge hvad?

Hvilken sensor skal jeg vælge?

• 3D-perception til avanceret robotik: 8x8 Matrix ToF (SEN0628) — giver hele formen, ikke bare punkt-data.
• Gestus-genkendelse uden kamera: 8x8 Matrix ToF (SEN0628) — privatlivs-bevidst alternativ til kamera-baseret gestus.
• Personer-tælling i butik eller indgang: 8x8 Matrix ToF (SEN0628) — kan skelne mellem voksen, barn og kæledyr via dybde-form.
• Simpel hindrings-detektion på lille robot: single-point ToF (VL53L3CX, VL6180X) — se Laser og LIDAR.
• Drone-altimeter eller højde-feedback: TF-Luna eller TFS20-L — single-point er nok, og lavere strømforbrug.
• Komplet rum-mapping (SLAM): 360° rotating LiDAR — RPLIDAR-serien.
• Avanceret AI med dybde-information: 3D ToF-kamera CS20 eller CS30.

Programmering

• Wire (I²C) eller HardwareSerial: til Gravity 8x8 Matrix (SEN0628) — vælg interface efter projektets behov.
• DFRobot ToF Matrix bibliotek: håndterer matrix-data og gør den klar til brug.
• Matrix-data behandling: 64 floats representerer 8×8 grid. Lav middelværdi for "samlet afstand", min for "nærmeste punkt", varians for "fladt vs kompleks form".
• Gestus-genkendelse: sammenlign matrix mellem frames for at detektere bevægelse — eller brug TensorFlow Lite til at træne specifikke gestus.
• Forarbejdning: filtrer outliers (NaN værdier, target for langt væk) før matrix-data bruges i logik.

Eksempel — robot-hindringsdetektion med 8x8 Matrix

I stedet for én simpel "afstand til hindring" får robotten et helt 8x8 dybde-grid. Den kan så analyse:

• Nederste række (gulv): typisk uniform afstand — bekræfter at robotten kører på fladt underlag.
• Øverste rækker (tag/lys): ofte uden returnerende signal, hvilket bekræfter at der er fri højde.
• Midten: her sidder hindringer typisk. En "klippe" i nogen pixels betyder en mur eller en kasse.
• Hindrings-form: smal og høj kan være en lampepad, lav og bred kan være en kasse — robotten kan vælge at gå rundt eller om.

Dette er meget mere intelligent end en simpel afstandsmåler — robotten kan tage smarte beslutninger.

Begrænsninger

• Mørke materialer absorberer: sort sofa eller dyb-mørke vægge giver dårlig refleksion. Range falder typisk 30-50%.
• Reflekterende overflader: spejle og blanke glas kan reflektere lyset væk fra sensoren — null-måling.
• Direkte sollys: kan blendere modtageren. Vælg sensorer med sunlight-immunitet for udendørs.
• Multi-path interference: i hjørner kan refleksioner blandes og forvirre sensoren.
• FOV-overlap: i 8x8 matrix overlapper nabo-pixels lidt — ekstrem kanter kan smitte mellem celler.

Typiske anvendelser

Avanceret robot-navigation med form-genkendelse, gestus-genkendelse i smart-home og spil-systemer, personer-tælling i butikker og indgange uden kamera, smart-home tilstedeværelse-detektion mere præcis end PIR, parkerings-sensor med 3D-information om bil-position, niveau-måling i tanke med form-detektion, drone-altimeter med terræn-detektion (sten, planter, vand), automatisk dør-åbning der reagerer på person-form, sport-tracking (golf-køller, cykel-position), industriel kvalitetskontrol med dimensions-måling, robot-arm-greb med 3D-objekt-orientering, og forsknings-projekter inden for 3D-perception og dybde-AI.

Relateret

Til komplet udvalg af LiDAR og laser-sensorer (single-point, 360° og 3D-kameraer), se Laser og LIDAR. Til ultralyd-baseret afstandsmåling (lavere pris, anderledes karakteristik), se Ultralyd. Til radar-baseret detektion (bedre i regn/tåge), se Radar. Til IR-proximity og line-følgning, se Infrarød. Til mikrocontrollere til robot-projekter, se Arduino, ESP32 Boards og Raspberry Pi. Tilbage til Sensorer oversigt.