Time of Flight: 飛行時間

意味

タイム・オブ・フライトとは、距離、速度、または媒体の特性を求めるために、ある距離を移動するのに要した時間を計測することです。信号が物体から反射してくる時間は、多くの場合、その物体の位置を特定するために計測されます。

タイム・オブ・フライトの計算方法は？

一方の端に光源およびセンサがあり、もう一方の端に物体があるような構成のタイム・オブ・フライトの例を考えてみましょう。以下に示すように、光のパルスが物体に移動し、そこから反射して、光源のすぐ隣にあるセンサに戻ってきます。

定義によれば、速度（s）は移動距離（d）を所要時間（t）で割ったもの、すなわち、s = d/tになります。

光の速度はcで表されます。総移動距離は、センサから物体までの距離（x）と物体からセンサまでの戻り距離（同じくx）の合計距離なので2xです。

速度の式を整理し直して、距離と速度の値を代入すると、x = ct/2となります。

光の速度は既知の値（約3億m/s）であるため、光がある物体まで移動して戻ってくるのに要する時間を計測することにより、その物体がどれだけ遠くにあるかを求めることができます。これがタイム・オブ・フライト・カメラの基本的な考え方です。

光を使用して距離を計測する応用例はよく知られていますが、これと同じ考え方は、任意の速度で任意の媒質を通って移動するどの物体や波にも一般化することができ、発信源とセンサが隣り合っている必要はありません。タイム・オブ・フライトの原理を使えば、媒体の特性を求めたり、既知の距離を移動する未知の速度を求めたりすることが可能です。

LiDARはタイム・オブ・フライトなのか？

LiDAR（光検出および測距）は、レーザー光パルスを様々な方向に放射して戻り時間を計測することにより、ToFを使用して物体を検出します。LiDARは、戻り時間を計測することに加えて、反射光のエネルギーも計測することがあります。その目的は、周囲の物体の距離マップに詳細な情報を加えるためです。