飞行时间（ToF）距离传感器通过发射红外脉冲并计时其返回来测量足部离地高度。这些传感器不是分析反射光的强度，而是计算光脉冲从传感器传播到物体（脚或地面）再返回所花费的绝对时间。该时间持续时间经过处理，可高精度地确定确切距离。
ToF技术将距离测量与表面纹理分离开来。通过依赖光线传播时间而非强度，它确保在传统传感器失效的各种表面上都能获得准确读数。
精确测量的机制
发射红外脉冲
ToF传感器通过产生短暂、快速的红外光脉冲来工作。这些脉冲被导向目标区域，例如脚与楼梯踏板之间的空间。
计算绝对时间
核心机制涉及测量光脉冲精确的“飞行时间”。传感器记录脉冲发射的时刻和反射返回的时刻。
将时间转换为距离
由于光速是恒定的，传感器可以将这个时间间隔转换为特定的距离测量。这个过程产生绝对距离分辨率，通常精确到毫米级别。
为什么ToF在复杂环境中表现出色
不受表面颜色的影响
足部离地高度测量中的一个主要挑战是地板表面的多样性。传统的红外传感器经常遇到困难，因为它们依赖于光的强度，而强度会根据颜色而变化。
处理反射率差异
ToF传感器不受目标表面的反射率影响。无论对象是在深色地毯、浅色地毯还是抛光木材上行走，光线返回所需的时间仅基于距离保持一致。
楼梯上的可靠性
在楼梯环境等复杂场景中，可靠的数据对于安全和步态分析至关重要。即使背景在楼梯踏板和立板之间快速变化，ToF传感器也能保持其准确性。
理解权衡
基于强度的传感器的局限性
了解为什么ToF比简单的替代方案更受青睐至关重要。传统的基于强度的红外传感器根据反射光的亮度来推断距离。
现实场景中的不一致性
当表面发生变化时，这种强度方法会产生错误。深色地毯比木材吸收更多的光，导致强度传感器错误计算距离，而ToF传感器则可以看到真实的几何形状，而与材料无关。
为您的目标做出正确选择
ToF技术专为需要改变环境中高保真度的应用而设计。
- 如果您的主要重点是楼梯上的步态分析：选择ToF传感器，以确保变化的几何形状和表面材料（木材与地毯跑道）不会破坏您的离地高度数据。
- 如果您的主要重点是精确量化：依靠ToF的毫米级分辨率能力，这对于检测足部离地高度的微小变化至关重要。
通过从基于强度转向基于时间的测量，您可以确保您的数据反映的是物理现实，而不是由表面纹理引起的光学错觉。
总结表：
| 特征 | 基于强度的传感器 | 飞行时间（ToF）传感器 |
|---|---|---|
| 测量基础 | 光线亮度/反射率 | 光线传播的绝对时间 |
| 表面颜色影响 | 高（在深色表面上不准确） | 最小（不受颜色变化影响） |
| 测量精度 | 可变/相对 | 毫米级分辨率 |
| 复杂环境 | 在楼梯/地毯上容易出错 | 步态分析高度可靠 |
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参考文献
- Malarvizhi Ram, Patryk Kot. A Novel Smart Shoe Instrumented with Sensors for Quantifying Foot Placement and Clearance during Stair Negotiation. DOI: 10.3390/s23249638
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
