由來(lái)已久的ToF技術(shù)真的不可取代?
發(fā)布時(shí)間:2016-09-19 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】大到谷歌、微軟,小到華強(qiáng)北,無(wú)不都在積極地研究這項(xiàng)技術(shù)!ToF這項(xiàng)技術(shù)由來(lái)已久,而今將會(huì)成為實(shí)現(xiàn)我們未來(lái)智能社會(huì)生活環(huán)境的最基礎(chǔ)的技術(shù)之一。ToF是Time of Flight的縮寫(xiě),中文直譯就是飛行時(shí)間。聽(tīng)起來(lái)好像十分的炫酷,我們來(lái)看看百度怎么定義:
何謂ToF?
TOF是飛行時(shí)間(Time of Flight)技術(shù)的縮寫(xiě),即傳感器發(fā)出經(jīng)調(diào)制的近紅外光,遇物體后反射,傳感器通過(guò)計(jì)算光線發(fā)射和反射時(shí)間差或相位差,來(lái)?yè)Q算被拍攝景物的距離,以產(chǎn)生深度信息,此外再結(jié)合傳統(tǒng)的相機(jī)拍攝,就能將物體的三維輪廓以不同顏色代表不同距離的地形圖方式呈現(xiàn)出來(lái)。
所以你明白了吧,不論是自動(dòng)駕駛,還是VR;亦或是現(xiàn)在市面上層出不窮的平衡車,都離不開(kāi)ToF技術(shù)。
知其然更要知其所以然,我們接下來(lái)給大家講講ToF的簡(jiǎn)單原理
發(fā)射的紅外光線被被測(cè)物體反射后回到傳感器,內(nèi)置的計(jì)時(shí)器記錄其來(lái)回時(shí)間,然后即可計(jì)算出其距離。聽(tīng)起來(lái)好像和大家玩爛了的超聲波測(cè)距沒(méi)啥不同。但其實(shí)不然,超聲波測(cè)距對(duì)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(cè)不到,而TOF紅外測(cè)距完全可克服此問(wèn)題,同時(shí)TOF測(cè)距精度高,測(cè)距遠(yuǎn),響應(yīng)快。
我們從網(wǎng)上找到一個(gè)ToF的應(yīng)用實(shí)例來(lái)說(shuō)明,該實(shí)例采用DragonBoard410c來(lái)搭建一個(gè)8*8陣列的IC,型號(hào)為EPC610。
光的飛行時(shí)間
ToF距離測(cè)量
通過(guò)上面的小例子,我想大家對(duì)于其工作原理已經(jīng)是非常的清晰。接下來(lái)我們?cè)賮?lái)說(shuō)說(shuō)ToF的應(yīng)用場(chǎng)景。
汽車電子
在汽車應(yīng)用中,ToF可以被用于自動(dòng)駕駛、防撞自動(dòng)剎車和OOP等等。在此方面深深耕耘的廠商也有很多。下面給大家舉幾個(gè)具有代表性的案例。
首先是Infineon與科世達(dá)推出的機(jī)遇英飛凌3D圖像傳感器芯片的攝像頭駕駛員輔助系統(tǒng)。
在飛行時(shí)間(ToF)原理支持下,該系統(tǒng)可精確檢測(cè)駕駛員身體和頭部位置,甚至在其戴眼鏡或太陽(yáng)鏡的情況下捕獲其眨眼動(dòng)作,以判斷駕駛員是否注意力足夠集中、是否正疲勞駕駛,從而啟動(dòng)相應(yīng)對(duì)策。譬如,通過(guò)振動(dòng)座椅或警告音。駕駛員注意力越不集中,汽車就越會(huì)提起注意。為了快速和準(zhǔn)確地做出響應(yīng),輔助系統(tǒng)和緊急制動(dòng)系統(tǒng)可在潛在緊急情況發(fā)生之前自動(dòng)激活。
此外,該技術(shù)還可以通過(guò)手部運(yùn)動(dòng)或身體姿勢(shì)控制車載娛樂(lè)系統(tǒng)或車用空調(diào),甚至在車外實(shí)現(xiàn)全新的輔助和安全功能,比如開(kāi)門輔助設(shè)備,在停車場(chǎng)或家用地庫(kù)時(shí)防止車門打開(kāi)后撞上其它車、墻壁或天花板。英飛凌方案設(shè)計(jì)合作伙伴Gestigon在大會(huì)上現(xiàn)場(chǎng)演示了英飛凌ToF傳感器如何實(shí)現(xiàn)車用物體跟蹤與手勢(shì)識(shí)別,以達(dá)到“三維虛擬現(xiàn)實(shí)”。
另一個(gè)比較有代表性的案例是Melexis的ToF傳感器MLX75023,它與3-D 視覺(jué)及手勢(shì)識(shí)別解決方案供應(yīng)商SoftKinetic 公司提供的軟件綁定在一起。在自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)的最初階段,車輛控制模塊需要判斷駕駛員的注意力是否集中在駕駛上。一旦發(fā)現(xiàn)駕駛員注意力分散,系統(tǒng)要能夠很快地啟動(dòng)高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)進(jìn)行干涉。“ 舒適感是切入點(diǎn),”Melexis 產(chǎn)品線經(jīng)理Gaetan Koers 說(shuō)道。“當(dāng)駕駛員或乘客的手靠近空調(diào)或收音機(jī)控制鍵時(shí),系統(tǒng)會(huì)有反饋。旋轉(zhuǎn)的手勢(shì)還可以用來(lái)調(diào)整空調(diào)溫度和收音機(jī)音量。”“在車輛系統(tǒng)進(jìn)行干涉之前,比如剎車,首先要知道駕駛員目光是在前方道路上,還是在乘客身上,或是在看收音機(jī)控制面板。
人機(jī)界面與游戲
ToF提供了一種實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)方影像,所以可以非常簡(jiǎn)單地用來(lái)記錄人體動(dòng)作。這使得許多消費(fèi)電子類產(chǎn)品(比如電視)有了全新的交互方式,Xbox Kinect二代就是用了這種技術(shù)。
Kinect搭載的是Depth的傳感器,可以取得Depth數(shù)據(jù)(和傳感器的距離信息)。整個(gè)Kinect其實(shí)就是一個(gè)大蝙蝠,紅外投射器不斷向外發(fā)出紅外結(jié)構(gòu)光,就相當(dāng)于蝙蝠向外發(fā)出的聲波,紅外結(jié)構(gòu)光照到不同距離的地方強(qiáng)度會(huì)不一樣,如同聲波會(huì)衰減一樣。紅外感應(yīng)器呢,相當(dāng)于蝙蝠的耳朵,用來(lái)接收反饋的消息,不同強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)光會(huì)在紅外感應(yīng)器上產(chǎn)生不同強(qiáng)度的感應(yīng),這樣,Kinect就知道了面前物體的深度信息,將不同深度的物體區(qū)別開(kāi)來(lái),如下圖所示:
墻距離Kinect很遠(yuǎn),所以被一種顏色標(biāo)注,而人比較近,就用另一種顏色標(biāo)注了。這時(shí)也許會(huì)有人問(wèn):Kinect怎么知道面前站的是人還是大象(這兩個(gè)好像體積差別很大)。在得到深度信息后,Kinect會(huì)像切魚(yú)片一樣,按照深度由小到大得到很多切面圖像,如這張圖里人和墻就在不同的切面圖像里了。下一步就是對(duì)不同切面的圖像進(jìn)行分析,假如這個(gè)切面圖像里有和人體輪廓相似的區(qū)域,Kinect就會(huì)激動(dòng)的跳起來(lái),說(shuō):“捉住你了,小子。”然后就會(huì)在這個(gè)深度跟蹤人體的切面圖像,并且識(shí)別出手和腿和腦袋(這部分就是圖像識(shí)別的算法了,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是下面兩根細(xì)的就是腳,上面凸出的就是頭)。就要大功告成了,你已經(jīng)被鎖定了,Kinect會(huì)從上到下掃描你,然后根據(jù)你的身高給逐步判斷出你的膝蓋在哪,手掌在哪,肚子在哪,并把這些相對(duì)的位置數(shù)據(jù)綁定到一個(gè)虛擬的骨骼上面,這樣,就完成了真人到虛擬人的映射。
測(cè)量與機(jī)器視覺(jué)
在工業(yè)機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用中,機(jī)器人通過(guò)ToF來(lái)進(jìn)行物體分類和精準(zhǔn)定位安置。
除此之外,在機(jī)器人技術(shù)和地球地貌測(cè)繪方面,ToF都有著不可取代的地位。
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