ToF技術(shù)應(yīng)用的幾大典型場(chǎng)景

在各類新型智能終端市場(chǎng)的持續(xù)催動(dòng)下，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)如今已然進(jìn)入了大爆發(fā)時(shí)代。作為3D深度視覺領(lǐng)域和雙目視覺及結(jié)構(gòu)光并列的三大主流方案之一，近年來飛行時(shí)間（ToF）技術(shù)在智能手機(jī)、汽車、安防、醫(yī)療、和工業(yè)等熱門應(yīng)用市場(chǎng)表現(xiàn)出了極佳的市場(chǎng)潛力。并且憑借不易受外界光干擾、可適用于多種環(huán)境下工作，且體積小巧、響應(yīng)速度快、識(shí)別精度高、動(dòng)態(tài)感測(cè)范圍更寬等多重優(yōu)勢(shì)，ToF 日漸成為深度傳感的首選技術(shù)方案。在高分辨率深度數(shù)據(jù)與強(qiáng)大的分類算法以及AI相結(jié)合的巨大推力下，3D深度傳感ToF技術(shù)正在解鎖更多新的應(yīng)用方向。

從ADI的ToF方案的發(fā)展，也能窺見該技術(shù)的邊界在不斷地拓展。2014年，ADI公司為國外知名AR眼鏡定制ToF方案，成功落地并實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和3D重建功能；2016-2017年，ADI ToF技術(shù)用于車內(nèi)手勢(shì)識(shí)別；2018年，ADI ToF技術(shù)開始與品牌手機(jī)合作并成功批量上市，進(jìn)入國民級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景……本文通過列舉幾個(gè)不同領(lǐng)域的ADI ToF應(yīng)用場(chǎng)景案例，以期與大家一同展望ToF的未來發(fā)展。

ToF技術(shù)應(yīng)用的幾大典型場(chǎng)景

充當(dāng)自動(dòng)駕駛的“眼睛”

ToF逐漸成為提升車輛安全性的關(guān)鍵技術(shù)，背后還得從汽車安全說起。2018年聯(lián)合國公布的數(shù)據(jù)顯示，全球每年約有125萬人因道路交通事故喪生。美國高速公路安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)認(rèn)為，汽車配備基礎(chǔ)的智能輔助系統(tǒng)可以避免超過60%的交通事故。因此，國內(nèi)外各大廠商近年來紛紛在ADAS領(lǐng)域大展拳腳之際，被譽(yù)為汽車“眼睛”的ToF技術(shù)也隨之水漲船高。MarketsandMarkets預(yù)計(jì)，ToF傳感器市場(chǎng)規(guī)模將從2020年的28億美元增長到2025年的69億美元，而市場(chǎng)持續(xù)擴(kuò)張主要源自汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)ToF傳感器需求的增長。

ADI與Jungo合作開發(fā)座艙監(jiān)測(cè)技術(shù)

當(dāng)前，ToF在汽車行業(yè)的應(yīng)用主要分為三個(gè)領(lǐng)域：一是座艙內(nèi)部的駕駛者疲勞監(jiān)測(cè)、手勢(shì)識(shí)別、人臉識(shí)別；二是固態(tài)激光雷達(dá)，其可以看做一種固態(tài)激光雷達(dá)，有Flash型和單光子型；第三個(gè)領(lǐng)域則是自動(dòng)泊車領(lǐng)域。去年2月，知名半導(dǎo)體公司ADI宣布與Jungo合作開發(fā)基于ToF和2D紅外(IR)技術(shù)的攝像頭解決方案，以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)駕駛員及座艙監(jiān)測(cè)。在此次ADI與Jungo的合作中，ADI提供ToF技術(shù)和Jungo的CoDriver軟件相結(jié)合，有望通過觀察頭部、身體位置以及眼睛注視情況，監(jiān)測(cè)車內(nèi)人員的睡意和注意力分散程度。該解決方案意義重大，汽車能實(shí)時(shí)偵測(cè)到駕駛?cè)藛T是否準(zhǔn)備接管汽車。該解決方案還有望實(shí)現(xiàn)基于面部、身體和手勢(shì)的智能交互，提供各個(gè)車內(nèi)人員的人臉識(shí)別功能，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化信息娛樂及服務(wù)以及拼車支付等功能。ADI公司專家對(duì)此次合作給予了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為此次合作可以將座艙監(jiān)測(cè)和基于ToF的駕駛員和乘客監(jiān)測(cè)提升到一個(gè)新的水平，進(jìn)而提高車輛安全性。

解決新手父母的焦慮

如果你已經(jīng)是父母了，或許在孩子剛出生的階段做過這樣的事情——寶寶在睡覺，看著一動(dòng)不動(dòng)，你就會(huì)用手去探寶寶的鼻子，看看寶寶是不是在正常呼吸，手上有了溫?zé)岬暮粑鼩怏w才會(huì)放心。一般大家管這種行為稱之為“新手父母的焦慮”。如今，這一焦慮可以利用ToF技術(shù)來消除了。由ADI公司、Arrow、香港中文大學(xué)等共同完成的利用ToF技術(shù)針對(duì)健康護(hù)理產(chǎn)品的概念驗(yàn)證設(shè)計(jì)可輕松測(cè)量嬰兒的胸部活動(dòng)，從而計(jì)算呼吸頻率，并將這些信息傳輸至移動(dòng)設(shè)備。

據(jù)介紹，ADI這款業(yè)界首款針對(duì)健康護(hù)理產(chǎn)品的概念驗(yàn)證設(shè)計(jì)在智能傳感算法的支持下，能夠?yàn)楹粑Ｊ奖O(jiān)測(cè)和微小動(dòng)作檢測(cè)提供高精度的，納秒級(jí)實(shí)時(shí)傳感數(shù)據(jù)。該設(shè)計(jì)的監(jiān)視器最前面采用ADI的ToF技術(shù)攝像頭，在嬰兒呼吸時(shí)，監(jiān)視器會(huì)傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過自定義濾波器和增強(qiáng)算法，讓監(jiān)護(hù)人能夠測(cè)量嬰兒的胸部活動(dòng)，移動(dòng)設(shè)備會(huì)基于嬰兒的呼吸頻率實(shí)時(shí)刷新這些信息。此外，對(duì)于小月齡的嬰兒來說，在還不能熟練翻身的情況下，趴著也有一定的危險(xiǎn)性，該監(jiān)視器也能夠監(jiān)測(cè)嬰兒是否翻身，這一動(dòng)作在移動(dòng)設(shè)備中也會(huì)清晰的看到。

利用ToF技術(shù)針對(duì)健康護(hù)理產(chǎn)品的概念驗(yàn)證設(shè)計(jì)

據(jù)悉，該項(xiàng)概念設(shè)計(jì)將被為摩托羅拉智能育兒品牌提供物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和平臺(tái)服務(wù)的供應(yīng)商HubbleConnected 公司采用，有了這項(xiàng)監(jiān)視器產(chǎn)品，新手爸媽再也不需半夜起身用手指探嬰兒的鼻息或查看寶寶是否翻身，只需拿起手邊的移動(dòng)設(shè)備就可了解寶寶的狀態(tài)啦。

為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航

在人類與機(jī)器人的合作問題上，安全性永遠(yuǎn)是要考慮的首要問題，尤其是當(dāng)機(jī)器人身處較為擁擠的工作環(huán)境中，它們必須能辨認(rèn)人與機(jī)械以及機(jī)械的動(dòng)作，并作出迅速的反應(yīng)以避免受傷。因此，自動(dòng)化工廠中的各類機(jī)器人都需要自主避障，如果以激光雷達(dá)來解決，成本則需要增加數(shù)萬元，用雙攝像頭方案又需要大量的運(yùn)算和雙攝像頭精準(zhǔn)位置的調(diào)教，而ToF則成為解決上述難題的極具性價(jià)比的最佳選擇。

ADI對(duì)于ToF則提供了從硬件芯片到依附于硬件芯片上的算法等多種靈活的方案，其ToF電子圍欄方案能設(shè)立虛擬安全防護(hù)墻，借 ToF 信號(hào)處理器 ADDI9033 搭配紅外光感測(cè)組件，采用具有 ToF 測(cè)距技術(shù)的組件，可應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化中安全防護(hù)的 Virtual Wall 方案。此外，利用 ToF 的深度資料，ADI 的方案還可以有效地增加影像的辨識(shí)度，達(dá)到對(duì)象判斷的精準(zhǔn)度，提供以往機(jī)器所沒有的機(jī)器視覺，避免了激光雷達(dá)與雙攝像頭方案的缺陷。

ADI ToF電子圍欄工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用

此外，在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域，ToF技術(shù)還可以用于拾取放置作業(yè)以及裝配作業(yè)。在這些應(yīng)用中，機(jī)器人配備了一個(gè)或多個(gè)ToF相機(jī)，可以掃描周圍的環(huán)境，識(shí)別并抓取物體，運(yùn)送至其他地點(diǎn)再放下或?qū)⑽矬w掛到某處。ToF相機(jī)也常被應(yīng)用于需要進(jìn)行質(zhì)量保證的把關(guān)，它們可以識(shí)別尺寸不準(zhǔn)確的物體或形狀，也能識(shí)別物體上的破損與破洞，防止瑕疵品進(jìn)入生產(chǎn)過程。

打造系統(tǒng)級(jí)ToF解決方案

ADI是為數(shù)不多擁有技術(shù)專長、可提供兼具高性能和成本效益的ToF解決方案的公司之一。ADI的脈沖ToFCCD系統(tǒng)，使用高性能ToF CCD和集成了12位ADC、深度處理器（將來自CCD的原始模擬圖像信號(hào)處理成深度/像素?cái)?shù)據(jù)），以及高精度時(shí)鐘發(fā)生器（為CCD和激光器生成驅(qū)動(dòng)時(shí)序）的ToF模擬處理前端ADDI903x。

ADI ToF系統(tǒng)功能框圖

ADI的ToF系統(tǒng)相比其它方案具備以下優(yōu)點(diǎn)：

使用了分辨率為640×480的ToF圖像傳感器，比市面上大部分ToF解決方案的分辨率高4倍。

使用了對(duì)940nm波長高度靈敏的傳感器，能夠在室外環(huán)境或具有強(qiáng)環(huán)境光的區(qū)域采集到更多的有效信號(hào)。

深度處理器采用偽隨機(jī)化算法和特殊的圖像處理功能，可以消除多機(jī)干擾，因此可以在同個(gè)環(huán)境中使用多個(gè)ADI的ToF系統(tǒng)。

原文標(biāo)題：ToF技術(shù)的三個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景案例淺析

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