安森美這款iToF傳感器讓3D深度測(cè)量技術(shù)輕松落地

現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的成功離不開3D視覺技術(shù)的強(qiáng)大功能。傳統(tǒng)的2D傳感器只能提供平面圖像，這使其在設(shè)備檢測(cè)等應(yīng)用中的效能大打折扣。2D傳感器可以讀取包含物品尺寸的條形碼，但無法獨(dú)立測(cè)量物體的實(shí)際形狀和大小，更難以獨(dú)立識(shí)別潛在的凹痕、缺陷或不規(guī)則之處。此外，2D傳感器讀取的數(shù)據(jù)易受光照條件的影響，不理想的光線往往會(huì)使關(guān)鍵區(qū)域變得模糊或失真。

然而，深度感知技術(shù)通過模擬人類視覺，以3D方式處理Z軸，為突破這些限制帶來了曙光?，F(xiàn)在，深度攝像頭可以分辨物體的完整性，對(duì)設(shè)備進(jìn)行精確檢查，甚至可以捕捉細(xì)微的面部特征，為門禁控制等應(yīng)用提供強(qiáng)大支持。憑借這些出色性能，3D視覺成為了重塑市場(chǎng)格局的關(guān)鍵力量，給國防、航空航天、醫(yī)療、汽車、消費(fèi)電子等各行各業(yè)帶來了深遠(yuǎn)影響。無論是障礙物檢測(cè)、面部識(shí)別、自動(dòng)駕駛還是機(jī)器人助手，深度感知都已經(jīng)成為了現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域不可或缺的重要技術(shù)。

各種各樣的深度感知技術(shù)都依賴于主動(dòng)或被動(dòng)視覺照明?；诒粍?dòng)照明的深度感知通常需要高度校準(zhǔn)的立體傳感器和視差，這與人眼的視覺機(jī)制非常相似。主動(dòng)感知?jiǎng)t會(huì)向目標(biāo)發(fā)射光束，并利用反射的能量確定深度信息。這種技術(shù)需要一個(gè)能量發(fā)射器，但它優(yōu)勢(shì)明顯，例如能夠穿透云霧和煙塵、可以全天候工作，測(cè)量結(jié)果更加精準(zhǔn)可靠。

主動(dòng)照明技術(shù)有以下幾種：直接飛行時(shí)間(dToF)、間接飛行時(shí)間(iToF)、結(jié)構(gòu)光和主動(dòng)立體視覺。間接飛行時(shí)間(iToF)技術(shù)利用發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)之間的相位差來計(jì)算距離。這種方法準(zhǔn)確性很高，并且照明硬件非常簡單。

本文將介紹安森美(onsemi)最新推出的產(chǎn)品系列——Hypelux ID。該系列在iToF技術(shù)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，能夠提升當(dāng)前工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用中的深度感知能力。

現(xiàn)有iToF技術(shù)局限性導(dǎo)致其難以大規(guī)模普及

iToF感知是許多應(yīng)用的核心技術(shù)。常見的用例包括各種智能手機(jī)都支持的面部識(shí)別功能。然而，這種訪問控制功能只能在近距離范圍內(nèi)發(fā)揮作用。除此之外，iToF技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺(MV)、機(jī)器人、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)(AR/VR)、生物識(shí)別、患者監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。目前，這些應(yīng)用僅限于室內(nèi)近距離（5米內(nèi)）環(huán)境，針對(duì)不需要高分辨率的靜止目標(biāo)使用。iToF技術(shù)的潛在應(yīng)用范圍受到多重挑戰(zhàn)的制約，具體涉及到運(yùn)動(dòng)問題，硬件和數(shù)據(jù)處理架構(gòu)的開銷與復(fù)雜性，以及對(duì)精密校準(zhǔn)的需求。

這些重大障礙迫使工程師們要么采用復(fù)雜且昂貴的3D方案來獲取深度信息，要么徹底放棄獲取深度信息方案。安森美憑借杰出的創(chuàng)新實(shí)力，強(qiáng)勢(shì)推出Hyperlux ID 系列，成功突破了以往的技術(shù)限制，充分釋放了iToF技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)。Hyperlux ID 的iToF實(shí)現(xiàn)方案將有望促使這項(xiàng)重要技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用。

Hyperlux ID 技術(shù)進(jìn)展詳情介紹

安森美的Hyperlux ID 感知系列首兩款120萬分辨率(MP) iToF 產(chǎn)品，即AF0130和AF0131。該系列將從以下四個(gè)關(guān)鍵方面改善傳感器性能以及優(yōu)化相關(guān)開發(fā)流程：

1.獲取移動(dòng)目標(biāo)的可靠深度信息

2.優(yōu)化分辨率和深度距離，提高準(zhǔn)確性

3.降低成本并減小尺寸

4.減少校準(zhǔn)時(shí)間

下面將展開詳細(xì)探討以上四點(diǎn)。

減少運(yùn)動(dòng)偽影

為了實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，iToF傳感器必須能夠有效處理移動(dòng)目標(biāo)，產(chǎn)生無運(yùn)動(dòng)偽影的準(zhǔn)確結(jié)果。前文提到，iToF感知依賴于光反射，需利用四個(gè)或更多不同相位來計(jì)算深度。市面上現(xiàn)有的 iToF感知方案幾乎都無法同時(shí)捕獲和處理這些相位，因而難以應(yīng)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的應(yīng)用。Hyperlux ID深度傳感器采用獨(dú)特的專有集成和讀出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以通過兼具片上存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)處理能力的全局快門捕獲快速移動(dòng)目標(biāo)，支持傳送帶操作、機(jī)械臂、監(jiān)控、防撞、手勢(shì)檢測(cè)等應(yīng)用。

更高分辨率=更高準(zhǔn)確性和更大深度

目前市場(chǎng)上的大多數(shù)iToF傳感器僅支持VGA分辨率，這導(dǎo)致其準(zhǔn)確性不足，進(jìn)而限制了其應(yīng)用范圍。前文提到，VGA之所以更為盛行，主要?dú)w因于其復(fù)雜的相位捕獲機(jī)制以及數(shù)據(jù)密集型處理需求。

相比之下，Hyperlux ID 傳感器采用高性能3.5 μm 背照(BSI)像素設(shè)計(jì)，分辨率達(dá)1.2 MP (1280x960)。比VGA更高的分辨率給Hyperlux ID 傳感器帶來了更多優(yōu)勢(shì)，不僅擴(kuò)展了其深度范圍，在近距離使用時(shí)，它還能實(shí)現(xiàn)非常高的準(zhǔn)確性，并支持使用廣角光學(xué)元件。

憑借更高的分辨率，Hyperlux ID傳感器還進(jìn)一步提高了量子效率，降低了深度抖動(dòng)。所有這些性能改進(jìn)的結(jié)合，為iToF傳感器在高分辨率和深度需求突出的應(yīng)用領(lǐng)域開辟了新的應(yīng)用前景，比如手勢(shì)識(shí)別、質(zhì)量檢測(cè)與控制、訪問控制等。

現(xiàn)有iToF方案（左）與安森美的新型先進(jìn)Hyperlux ID iToF（右）

更大范圍

得益于分辨率的提升，Hyperlux ID 深度傳感器的深度測(cè)量范圍優(yōu)于當(dāng)前市場(chǎng)上的其他iToF傳感器。目前iToF產(chǎn)品的室內(nèi)測(cè)量范圍普遍小于10米，而Hyperlux ID iToF 傳感器系列可以達(dá)到30米。高性能全局快門像素的采用，使得整個(gè)傳感器陣列能夠與主動(dòng)紅外光精準(zhǔn)對(duì)齊，從而有效抑制其他紅外源（包括常見的室內(nèi)燈光和最具挑戰(zhàn)性的太陽光）產(chǎn)生的干擾。

校準(zhǔn)和開發(fā)更加輕松

要準(zhǔn)確記錄和計(jì)算相位差，必須先精確校準(zhǔn)iToF傳感器，這一過程通常非常耗時(shí)。為了簡化此過程，我們開發(fā)了一種專有方法，使Hyperlux ID 傳感器更便于校準(zhǔn)，從而大幅縮短了設(shè)置時(shí)間。

為了協(xié)助開發(fā)，安森美還打造了一套易于使用的開發(fā)套件，其中包括一個(gè)主板、一個(gè)傳感器主板和一個(gè)激光板。此套件可在室內(nèi)和室外使用，支持的范圍為0.5 - 30 米，能夠分析圖像，進(jìn)而生成深度圖、3D點(diǎn)云以及相關(guān)的相位和深度數(shù)據(jù)。

最后，通過使用擴(kuò)頻技術(shù)，許多iToF傳感器和其他支持紅外的設(shè)備可以在同一系統(tǒng)中協(xié)同工作，完全無需擔(dān)心設(shè)備間的信號(hào)干擾。

安森美的iToF傳感器以更低成本實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大功能

iToF傳感器以其精準(zhǔn)的3D深度測(cè)量能力，在工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用中占據(jù)了重要地位。安森美的Hyperlux ID 深度傳感器顯著提升了iToF深度感知技術(shù)的性能并簡化了相關(guān)設(shè)計(jì)，為此類技術(shù)開創(chuàng)了嶄新的應(yīng)用未來。

與目前市面上的iToF傳感器相比，Hyperlux ID 深度傳感器能夠更有效地處理運(yùn)動(dòng)中、戶外環(huán)境和更遠(yuǎn)距離的目標(biāo)。此外，新穎的設(shè)計(jì)降低了Hyperlux ID 深度傳感器的成本，減少了對(duì)電路板空間的需求，而且還更易于使用。

Hyperlux ID 系列深度傳感器目前包括兩款產(chǎn)品：AF0130和AF0131。AF0130內(nèi)置了深度處理功能，而AF0131則無此功能，更適合希望使用自有原創(chuàng)算法的客戶。