【導(dǎo)讀】隨著ToF在手機(jī)等終端市場(chǎng)的應(yīng)用爆發(fā)，3D成像與傳感器市場(chǎng)成為風(fēng)口上的熱點(diǎn)。Yole預(yù)計(jì)全球3D成像和傳感市場(chǎng)將從2017年的21億美元增長(zhǎng)至2023年的185億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)44%。由于消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)的帶動(dòng)（復(fù)合年增長(zhǎng)率為82%），汽車(chē)電子（復(fù)合年增長(zhǎng)率為35%）、工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用（復(fù)合年增長(zhǎng)率為12%）和其它高端市場(chǎng)也將進(jìn)入快速增長(zhǎng)通道。
而相比3D深度視覺(jué)其它兩種方案而言，當(dāng)前ToF方案在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)讓市場(chǎng)看好在快速增長(zhǎng)通道中ToF更大的機(jī)會(huì)。例如：在畫(huà)面拍攝后計(jì)算景深時(shí)不需要進(jìn)行后處理，既可避免延遲又可節(jié)省采用強(qiáng)大后處理系統(tǒng)帶來(lái)的相關(guān)成本；ToF測(cè)距規(guī)模彈性大，大多數(shù)情況下只需改變光源強(qiáng)度、光學(xué)視野以及發(fā)射器脈沖頻率即可完成。
此外，由于具有不易受外界光干擾、體積小巧、響應(yīng)速度快以及識(shí)別精度高等多重優(yōu)勢(shì)，使得ToF無(wú)論是在移動(dòng)端還是車(chē)載等應(yīng)用領(lǐng)域日漸成為3D視覺(jué)的首選技術(shù)方案。
使用ToF技術(shù)可以得到物體的絕對(duì)值，更具性能優(yōu)勢(shì)
應(yīng)用全面鋪開(kāi)，ToF迎來(lái)爆發(fā)增長(zhǎng)
作為T(mén)oF創(chuàng)新應(yīng)用的主要廠(chǎng)商之一，ADI公司的ToF解決方案在vivo NEX相機(jī)中的成功應(yīng)用讓業(yè)界矚目，目前該公司相關(guān)解決方案更廣泛應(yīng)用到包括汽車(chē)、工業(yè)、便攜終端等多種應(yīng)用場(chǎng)景。最近ADI系統(tǒng)應(yīng)用工程經(jīng)理李佳在最近一場(chǎng)《ADI 3D深度檢測(cè)》的主題演講中形象的指出ToF正迎來(lái)全面開(kāi)花、爆發(fā)式增長(zhǎng)的機(jī)遇。她認(rèn)為主要有以下應(yīng)用機(jī)會(huì)：
自動(dòng)化工廠(chǎng)中的各類(lèi)機(jī)器人的自主避障將是ToF可以快速應(yīng)用的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用日益在工業(yè)環(huán)境中普及的當(dāng)下，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)以避免設(shè)備及工作人員受傷。如果以激光雷達(dá)來(lái)解決，成本則需要增加數(shù)萬(wàn)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?xún)r(jià)比的最佳選擇。
ToF實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別助力建筑智能升級(jí)。以具備人臉識(shí)別的ADI ToF 3D立體影像自動(dòng)門(mén)解決方案為例，傳統(tǒng)自動(dòng)門(mén)采用紅外線(xiàn)反射原理，只能檢測(cè)到是否有物體出現(xiàn)在感測(cè)范圍，導(dǎo)致動(dòng)物也能自由進(jìn)出商場(chǎng)，造成管理上困擾。基于ToF的方案可識(shí)別空間中的人類(lèi)特征以及人與物體相對(duì)位置距離，避免非人類(lèi)（例如動(dòng)物）進(jìn)入商業(yè)賣(mài)場(chǎng)。此外，商業(yè)空間的3D人流自動(dòng)統(tǒng)計(jì)過(guò)去有成熟方案，但如何有效利用影像技術(shù)，精準(zhǔn)分辨進(jìn)出者的身高、體重，同時(shí)出入時(shí)間及高度誤差低于1%，這就有相當(dāng)技術(shù)門(mén)坎了，而ADI的ToF解決方案，有別于傳統(tǒng)3D人流方案，大多需要安裝至少二只立體相機(jī)，ADI的方案僅需一只ToF攝影鏡頭架，設(shè)于門(mén)框上方且沒(méi)有安裝高度限制。
ToF應(yīng)用于3D 人流統(tǒng)計(jì)方案的情境虛擬圖
ToF汽車(chē)倒車(chē)影像增加汽車(chē)駕駛員輔助功能。結(jié)合影像傳感器和VGA ToF傳感器模塊與內(nèi)建圖像處理器，ADI公司汽車(chē)ToF解決方案能疊加實(shí)際影像，準(zhǔn)確測(cè)量物體與汽車(chē)的距離，相較于傳統(tǒng)超聲波感測(cè)方案，具備更佳的感測(cè)角度，能提供倒車(chē)系統(tǒng)更大范圍的碰撞偵測(cè)預(yù)防。
ToF應(yīng)用場(chǎng)景日益“擁擠”，如何避免干擾？
如此眾多的應(yīng)用場(chǎng)景為T(mén)oF打開(kāi)了一個(gè)又一個(gè)風(fēng)口，但相關(guān)的困擾可能因而出現(xiàn)——同一場(chǎng)景下多個(gè)ToF應(yīng)用終端如何避免干擾？在年初的消費(fèi)電子展上，ADI就做了這方面的展示和技術(shù)分析。
演示設(shè)置非常簡(jiǎn)單，設(shè)置了兩個(gè)相互垂直的ToF攝像頭，每個(gè)攝像頭會(huì)顯示參與對(duì)象在三個(gè)維度上的角度，即高度、寬度以及最重要的深度。每種顏色代表不同的距離范圍，因此如果現(xiàn)場(chǎng)工作人員靠近攝像頭，手上的顏色就會(huì)發(fā)生變化。同樣，如果遠(yuǎn)離攝像頭，工作人員的身體會(huì)變成不同的顏色，這意味著距離變得更遠(yuǎn)。
這本身沒(méi)有什么了不起，因?yàn)镃ES展會(huì)上也展出了許多其他的3D攝像頭。但是在本演示中，ADI會(huì)展示多個(gè)ToF攝像頭面對(duì)面放置時(shí)不會(huì)相互干擾。
ToF攝像頭通過(guò)發(fā)射激光脈沖捕獲距離信息，然后測(cè)量反射脈沖返回?cái)z像頭所需的時(shí)間，將反射時(shí)間乘以光速，即可獲得所需的距離或深度信息。問(wèn)題是，如果存在與該激光器相同波長(zhǎng)的其他光源，尤其是其他ToF攝像頭，測(cè)量將會(huì)受到干擾。因此，存在任何類(lèi)型光干擾時(shí)測(cè)得的時(shí)間都不正確，這意味著計(jì)算所得的距離信息也不正確。
CES2019上展示的多TOF干擾消除技術(shù)的效果對(duì)比（右邊采用，左邊未采用）
您可以看到這種其他攝像頭帶來(lái)的干擾產(chǎn)生的影響。注意到在這張圖片中工作人員的顏色改變了，但這毫無(wú)意義，因?yàn)椴煌念伾硎静煌木嚯x，這是由于這個(gè)ToF攝像頭的激光脈沖反射到另一個(gè)ToF攝像頭，從而顯示出失真或錯(cuò)誤的距離數(shù)據(jù)。
另一邊，這個(gè)攝像頭并未顯示這種失真，因?yàn)槲覀儾捎昧艘豁?xiàng)正在申請(qǐng)專(zhuān)利的算法，它能夠避開(kāi)或消除所有無(wú)關(guān)的光信息，僅使用自身激光源的光信息，所以能給出正確的深度信息。另一個(gè)攝像頭沒(méi)有采用此干擾消除算法，會(huì)出現(xiàn)失真，而這個(gè)攝像頭則不會(huì)出現(xiàn)失真。
總 結(jié)
隨著ToF在工業(yè)、無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用，干擾導(dǎo)致的穩(wěn)定性考慮越發(fā)重要。而在消費(fèi)端隨著各種應(yīng)用增多，設(shè)備間的干擾也將是實(shí)實(shí)在在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。假設(shè)有多架無(wú)人機(jī)在空中飛行，您當(dāng)然不希望它們發(fā)生碰撞，您希望無(wú)人機(jī)本身內(nèi)置回避功能，為此您就確實(shí)需要ToF功能。
同樣，一群人戴著AR眼鏡在同一個(gè)房間里玩游戲，多個(gè)自主式機(jī)器人在同一大型倉(cāng)庫(kù)里分揀貨物，或者兩輛自動(dòng)駕駛的汽車(chē)同時(shí)接近交叉路口，如果ToF攝像頭無(wú)法消除其他光源的干擾，那么使用ToF技術(shù)進(jìn)行精確深度測(cè)量的應(yīng)用范圍將會(huì)嚴(yán)重受限。因此，ADI預(yù)計(jì)飛行時(shí)間系統(tǒng)中的防干擾或消除干擾能力將會(huì)越來(lái)越重要。
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