基于TOF技術(shù)避障與物體3D模型構(gòu)建

?一、前言

對于智能機器人，避障是一個不可或缺的功能，本文章提供一種基于TOF技術(shù)的紅外避障方案，單芯片同時能夠精準(zhǔn)測距、3D圖形構(gòu)建、手勢識別。距離遠、精度高、延遲少。

二、概述

TOF，即Time ON Fly，利用紅外光在空氣中的飛行時間，算出距離物體距離。

TOF測距距離遠，精度高，相比超聲波測距優(yōu)勢很大，同時多點感應(yīng)的TOF芯片，比如8*8=64點感應(yīng)的，更精確的有240*320的，可以實現(xiàn)構(gòu)建物體3D模型，應(yīng)用非常廣，比如掃描房間輪廓，構(gòu)建地圖、識別手勢，可以在Dragon Board 410c DSP上定義各種手勢代表意義，比目前常用手勢識別IC智能識別上下左右前后等更靈活。

本文我們嘗試基于Dragon Board 410c 去搭建一個TOF 8*8陣列的IC，型號為EPC610。

三、詳細說明

3.1 TOF測距原理

??? 利用紅外光在空氣中的飛行時間，算出距離物體距離

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光的飛行時間：

TOF距離測量

3.2 TOF系統(tǒng)測距的優(yōu)勢

3.2.1TOF優(yōu)勢

完整的圖像采集

高幀頻

距離的測量范圍從幾厘米到數(shù)十米

體積小，集成度高，周邊器件少，高經(jīng)濟效益。

無移動部件

根據(jù)不同環(huán)境光自動調(diào)節(jié)

3.2.2TOF 8*8EPC610特點

?片上全集成的距離測量或者物體檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，減少周邊器件，使設(shè)計最簡化。

?片上集成高功率LED驅(qū)動

?易于同微處理器組成相應(yīng)的應(yīng)用

?絕對距離測量并以數(shù)據(jù)形式輸出

?片上集成數(shù)據(jù)信號處理

?具有高靈敏度，并且測量距離最遠可達15米（10MHZ）

?響應(yīng)時間可小于1ms

?數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接口輸出，包含12bit的距離數(shù)據(jù)以及4bit的信號質(zhì)量等參數(shù)

?優(yōu)良的環(huán)境光抑制能力，最高可 >100kLux.

?內(nèi)部集成環(huán)境光檢測能力 (“Luxmeter”)

?例如：亮度控制或調(diào)光功能

?+8.5V以及-3.0V電源供電以及非常低的電源功耗

?數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接口 (2-wire / SPI)

?SMD全兼容的超小CSP24芯片封裝

3.3 基于Dragon Board 410cTOF測距應(yīng)用設(shè)計

3.3.1通訊接口

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選用410C的SPI接口，但EPC610是5V的IO電平，需增加Level shift。

3.3.2設(shè)計注意事項

為獲取更高的測量距離與誤差，需注意以下：

如上圖，增加聚光的鏡頭，同時為不讓發(fā)射光直接被Sensor感知，鏡頭底座不漏光。

-5V的偏壓峰值紋波要求比較高，-5V是由+5V經(jīng)過chargepump反轉(zhuǎn)的來的電壓，注意不要跟其他模塊共用。

3.3 總結(jié)

超聲波測距對反射物體要求比較高，面積小的物體，如線、錐形物體就基本測不到，而TOF紅外測距完全可克服此問題，同時TOF測距精度高，測距遠，響應(yīng)快?？紤]到紅外避障會受環(huán)境的影響，比如強太陽光下、大霧環(huán)境下、被測物體是透明玻璃，紅外光直接透過等，因此我們推薦超聲波與紅外可搭配應(yīng)用，互補各自缺點。

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