기술 자료

ToF 카메라란

ToF(Time of Flight) 카메라는 카메라에 달린 광원(보통 850 nm 또는 940 nm 근적외선 VCSEL)에서 빛을 쏘고,

물체에 반사되어 돌아온 빛을 이미지 센서의 화소마다 받아 거리를 계산하는 3D 카메라다.

한 장의 촬영으로 모든 화소의 거리를 동시에 얻기 때문에 결과가 "깊이 영상(depth image)"으로 나오며, 이를 점군(point cloud)으로 바꿔 쓸 수 있다.

라이다처럼 레이저를 회전하거나 스캔하지 않으므로 움직이는 부품이 없고, 구조가 단순해 작고 저렴하다.

dToF와 iToF

iToF(간접 ToF) 는 광원을 일정한 주파수로 변조해 연속적으로 내보내고, 반사광의 위상이 얼마나 밀렸는지로 거리를 계산한다.

산업용 ToF 카메라 대부분이 이 방식이며, 근거리에서 mm 단위의 정밀도를 얻는다.

다만 위상은 한 바퀴(360°)마다 같은 값이 반복되므로 측정 가능한 거리에 한계가 있고, 카메라는 여러 변조 주파수를 조합해 이 한계를 늘린다.

장점

• 라이다보다 높은 해상도 — 640 × 480(VGA)급이 일반적이며, 물체의 형태를 화소 단위로 얻는다.
• 근거리 정밀도 — 1 m 거리에서 1 mm 안팎의 정밀도(반복 측정 편차)를 얻는 제품이 있다.
• 움직이는 부품이 없어 진동에 강하고 수명이 길다. 크기가 작아 로봇 팔 끝에 붙일 수 있다.
• 가격이 라이다보다 낮고, 카메라 안에서 거리 계산을 마쳐 PC 부담이 적다.

단점과 대책

• 탐지 거리가 짧다. 광원 세기와 눈 안전 기준 때문에 실용 범위는 0.3 ~ 8 m 안팎이다. 긴 거리는 라이다의 영역이다.
• 햇빛 간섭. 태양광에도 근적외선이 들어 있어 실외에서는 노이즈가 늘어난다. 태양광이 상대적으로 적은 940 nm 광원을 쓰는 실외용 모델을 고르면 개선된다.
• 다중 경로 간섭(multipath). 빛이 벽이나 바닥에 한 번 더 반사된 뒤 들어오면 거리가 실제보다 멀게 나온다. 모서리나 반짝이는 표면 근처에서 생기며, 카메라의 보정 기능과 설치 각도로 줄인다.
• 반사율이 낮은 검은 물체는 돌아오는 빛이 적어 측정이 불안정하다. 노출(적분 시간)을 늘리거나 HDR 모드를 쓴다.
• 같은 파장의 ToF 카메라 여러 대가 같은 곳을 비추면 서로 간섭한다. 변조 주파수를 다르게 하거나 촬영 시점을 나눠 해결한다.

선택할 때 볼 것

어디에 쓰이나