ToF 센서란 무엇입니까?

빛의 왕복 시간 재기

빛은 초속 약 30만 km로, 10억분의 1초에 대략 30cm를 갑니다. 섬광을 보내고 그 반사를 받는 센서는 왕복 시간을 거리로 바꿀 수 있는데, 빛이 갔다가 돌아왔으므로 절반으로 나눕니다. 어려운 부분은 그렇게 짧은 시간을 재는 일이며, 방법은 두 가지입니다.

• 직접 ToF. 센서가 짧은 펄스를 보내고, 매우 빠른 광검출기로 반사광 하나하나가 도착하는 시각을 잽니다.
• 간접 ToF. 센서가 연속으로 변조된 빛을 보내고, 돌아오는 파형의 위상이 얼마나 밀렸는지를 잽니다. 이런 ‘록인(lock-in)’ 카메라를 다룬 한 리뷰 논문은, 이 방식이 다른 깊이 측정 시스템보다 해상도가 높거나 모호함 없이 잴 수 있는 거리가 긴 것은 아니지만, 작고 가볍고 전력을 적게 쓰는 패키지로 깊이와 밝기를 높은 프레임 속도로 함께 제공한다고 짚습니다.

거리 하나에서 격자로

가장 단순한 센서는 거리 하나를 알려 줍니다. 멀티존 센서는 시야를 예를 들어 8 × 8 구역 같은 작은 격자로 나누고, 구역마다 거리를 1초에 여러 번 알려 줍니다. 카메라에 비하면 거칠지만, 직접 측정한 실제 깊이이고 계산도 거의 필요 없습니다. 앞에 지나갈 공간이 있는지 판단해야 하는 작은 로봇에 이상적입니다.

센서를 속이는 것들

• 유리. 빛이 통과하므로, 센서는 유리문 뒤의 벽을 보거나 유리에서 오는 희미한 반사만 받을 수 있습니다.
• 거울. 빛을 다른 곳으로 보내기 때문에, 센서는 존재하지 않는 방을 잽니다.
• 아주 어두운 표면. 돌아오는 빛이 적어 측정값에 잡음이 많아집니다.
• 햇빛. 햇빛에도 적외선이 들어 있어 잡음이 늘어납니다.
• 얇은 천. 얇은 커튼은 그 뒤 벽에서 오는 강한 반사 앞에 약한 반사를 하나 더 돌려줄 수 있는데, 이 패턴은 커튼을 알아보는 데 도움이 되기도 합니다.

그래서 로봇은 여러 센서를 함께 씁니다. 자세한 내용은 유리와 거울이 로봇을 헷갈리게 하는 이유(영어)에 있습니다.

쓰이는 곳

휴대폰에서는 카메라 초점을 빠르게 맞추고, 휴대폰을 귀에 댔는지 감지합니다. 로봇과 드론에서는 벽과 거리를 유지하고, 바닥에서의 높이를 재고, 착륙할 곳을 찾습니다. 건물에서는 사람이 있는지 감지합니다.

Alkyon에 적용한 설계

집 안을 날아다니는 동반자에 대한 저희 콘셉트인 Alkyon은 구역이 64개인 깊이 센서 다섯 개를 몸체 둘레와 아래에 달고, 카메라 그리고 유리와 거울에 대비한 소리 기반 센서와 함께 쓰도록 설계되었습니다. 아래를 향한 센서는 한 프레임으로 착륙 지점과 그 높이를 잽니다. Alkyon은 개발 중인 콘셉트이며, 유럽 전용입니다. 더 알아보시려면 실내 드론이 길을 찾는 방법(영어)을 읽어 보십시오.

출처(2026년 11월 4일 확인): Foix, Alenyà, Torras, lock-in time-of-flight (ToF) cameras: a survey, IEEE Sensors Journal, 2011. 일반 정보입니다.