飛行時間技術

概念定義

飛行時間技術（Time of Flight，ToF）係以物體、粒子或訊號經過已知路徑所需嘅時間，換算距離或推算其他物理量嘅測量方法。喺空間感知範疇，ToF可用嚟即時捕捉車廂或特定空間內手部嘅三維立體座標；喺粒子分析範疇，就可以量度粒子喺已知距離內嘅渡越時間，推算粒子能量或質量。

工作原理

技術核心係建立時間差同距離或粒子性質之間嘅定量關係。用於距離感知時，系統把量得嘅飛行時間轉換成空間距離，再據此形成三維座標。用於粒子測量時，飛行時間可表示為 t 與粒子質量 m 嘅平方根及飛行路徑 L 成正比，並與能量 E 嘅平方根成反比，即 t ∝ m1/2L/E1/2。因此，當路徑等條件已知，就可以利用時間訊號分析能量或鑑別粒子質量。

測量準確度同飛行路徑、時間量度能力及探測器捕捉訊號嘅方式相關。粒子分析裝置可以採用納秒級時間分辨率，並以TAC配合ADC或TDC技術處理時間訊號。

技術構成

粒子飛行時間測量系統主要涉及受控飛行路徑、時間量度單元、訊號轉換及探測裝置。微通道板探測器同閃爍體探測器可用於捕捉時間訊號，量度結果再交由相關時間及數據轉換技術處理。實際配置會按量度對象同應用目的調整，例如中子能譜測量著重中子渡越時間，而粒子鑑別就利用時間、路徑、能量同質量之間嘅關係。

喺三維空間感知系統入面，ToF係取得立體座標嘅其中一種技術路線。紅外攝像頭同雙目立體視覺亦可以用作手部三維座標捕捉，但三者屬於可供選擇嘅不同感知方案，唔應視為ToF系統必然同時包含嘅組件。

應用場景

ToF空間感知可部署喺車廂或其他指定空間，實時取得手部三維位置，供需要空間座標輸入嘅功能使用。粒子飛行時間技術則應用於核物理中嘅中子能譜測量、粒子質量鑑別及核反應堆中子測量，亦可見於中子散射譜儀、正電子發射斷層掃描成像，以及材料科學嘅高分辨率中子粉末衍射。雖然呢啲應用都以飛行時間為基礎，但量度對象、探測裝置同輸出結果並不相同：空間感知主要輸出距離或三維座標，粒子分析就以時間資料推算能量或質量。