【導(dǎo)讀】在現(xiàn)代工業(yè)自動化領(lǐng)域，3D視覺技術(shù)堪稱關(guān)鍵先生。相比老派的2D傳感器只能展示平面圖像，3D技術(shù)簡直像開了"透視眼"。2D傳感器能識別物品尺寸條形碼，卻搞不定物體真實形態(tài)和尺寸的測量，遇到凹痕、缺陷這些"細(xì)節(jié)題"更容易抓瞎。更頭疼的是，2D傳感器還是個"光線控"，光照稍不如意，關(guān)鍵數(shù)據(jù)就可能變得影影綽綽，直接影響檢測效果。
在現(xiàn)代工業(yè)自動化領(lǐng)域，3D視覺技術(shù)堪稱關(guān)鍵先生。相比老派的2D傳感器只能展示平面圖像，3D技術(shù)簡直像開了"透視眼"。2D傳感器能識別物品尺寸條形碼，卻搞不定物體真實形態(tài)和尺寸的測量，遇到凹痕、缺陷這些"細(xì)節(jié)題"更容易抓瞎。更頭疼的是，2D傳感器還是個"光線控"，光照稍不如意，關(guān)鍵數(shù)據(jù)就可能變得影影綽綽，直接影響檢測效果。
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。現(xiàn)在，深度攝像頭可以分辨物體的完整性，對設(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格局的關(guān)鍵力量，給國防、航空航天、醫(yī)療、汽車、消費電子等各行各業(yè)帶來了深遠(yuǎn)影響。無論是障礙物檢測、面部識別、自動駕駛還是機(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)都依賴于主動或被動視覺照明?；诒粍诱彰鞯纳疃雀兄ǔＰ枰叨刃?zhǔn)的立體傳感器和視差，這與人眼的視覺機(jī)制非常相似。主動感知則會向目標(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)需要一個能量發(fā)射器，但它優(yōu)勢明顯，例如能夠穿透云霧和煙塵、可以全天候工作，測量結(jié)果更加精準(zhǔn)可靠。
主動照明技術(shù)有以下幾種：直接飛行時間(dToF)、間接飛行時間(iToF)、結(jié)構(gòu)光和主動立體視覺。間接飛行時間(iToF)技術(shù)利用發(fā)射信號和接收信號之間的相位差來計算距離。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/虛擬現(xiàn)實(AR/VR)、生物識別、患者監(jiān)測等領(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，具體涉及到運動問題，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)新實力，強(qiáng)勢推出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。Hyperlux ID 的iToF實現(xiàn)方案將有望促使這項重要技術(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)時間
下面將展開詳細(xì)探討以上四點。
減少運動偽影
為了實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，iToF傳感器必須能夠有效處理移動目標(biāo)，產(chǎn)生無運動偽影的準(zhǔn)確結(jié)果。前文提到，iToF感知依賴于光反射，需利用四個或更多不同相位來計算深度。市面上現(xiàn)有的 iToF感知方案幾乎都無法同時捕獲和處理這些相位，因而難以應(yīng)對移動目標(biāo)的應(yīng)用。Hyperlux ID深度傳感器采用獨特的專有集成和讀出結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以通過兼具片上存儲和實時處理能力的全局快門捕獲快速移動目標(biāo)，支持傳送帶操作、機(jī)械臂、監(jiān)控、防撞、手勢檢測等應(yīng)用。
倉庫中的iToF應(yīng)用
更高分辨率=更高準(zhǔn)確性和更大深度
目前市場上的大多數(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，主要歸因于其復(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，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，不僅擴(kuò)展了其深度范圍，在近距離使用時，它還能實現(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。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，比如手勢識別、質(zhì)量檢測與控制、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量范圍優(yōu)于當(dāng)前市場上的其他iToF傳感器。目前iToF產(chǎn)品的室內(nèi)測量范圍普遍小于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，使得整個傳感器陣列能夠與主動紅外光精準(zhǔn)對齊，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。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，其中包括一個主板、一個傳感器主板和一個激光板。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)備間的信號干擾。
安森美的iToF傳感器以更低成本實現(xiàn)更強(qiáng)大功能
iToF傳感器以其精準(zhǔn)的3D深度測量能力，在工業(yè)和消費應(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，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動中、戶外環(huán)境和更遠(yuǎn)距離的目標(biāo)。此外，新穎的設(shè)計降低了Hyperlux ID 深度傳感器的成本，減少了對電路板空間的需求，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。
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