從軟硬件入手打造先進(jìn)的3D成像產(chǎn)品和解決方案

目前，工業(yè)市場(chǎng)正在推動(dòng)基于ToF（時(shí)間飛行）技術(shù)的3D成像系統(tǒng)的發(fā)展，這些系統(tǒng)可以用在需要使用人機(jī)協(xié)作機(jī)器人、房間映射和庫(kù)存管理系統(tǒng)等先進(jìn)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的嚴(yán)苛環(huán)境中。此外，ToF還可以在汽車應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)乘員檢測(cè)和駕駛員監(jiān)測(cè)功能，為駕駛員和乘客提供更加安全的汽車駕乘體驗(yàn)。事實(shí)上，ToF的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，該技術(shù)提供的創(chuàng)新特性為諸多行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域提供了創(chuàng)新賦能的關(guān)鍵作用。

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課程簡(jiǎn)介：介紹ADI TOF技術(shù)的工作原理，模組及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)以及方案。

為搶得市場(chǎng)先機(jī)，主要的方案提供商都在加強(qiáng)產(chǎn)品的研發(fā)，并努力為客戶完整方案研發(fā)提供更多支援。前不久，ADI宣布與微軟達(dá)成戰(zhàn)略合作，利用后者的3D飛行時(shí)間(ToF)傳感器技術(shù)，讓客戶可以輕松創(chuàng)建高性能3D應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)更高的深度精度，而不受具體的環(huán)境條件限制。ADI將基于微軟Azure Kinect技術(shù)，為工業(yè)4.0、汽車、游戲、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、計(jì)算攝影和攝像等領(lǐng)域中廣泛的受眾提供領(lǐng)先的ToF解決方案。

高性能CMOS傳感器方案為ToF創(chuàng)新提供關(guān)鍵支持

提供交鑰匙的解決方案是當(dāng)前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)大、產(chǎn)品面市時(shí)間越來(lái)越緊的當(dāng)下，整機(jī)廠對(duì)半導(dǎo)體方案商的期待。在ToF應(yīng)用上，終端客戶無(wú)疑也希望深度圖像采集能夠直接使用，能和拍照一樣簡(jiǎn)單。眾所周知，微軟的HoloLens混合現(xiàn)實(shí)頭戴設(shè)備和Azure Kinect開發(fā)套件中都使用了微軟的ToF 3D傳感器技術(shù)，該技術(shù)已被廣泛地視為飛行時(shí)間技術(shù)領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)該技術(shù)的支持對(duì)于ToF半導(dǎo)體方案應(yīng)用來(lái)說非常重要。本次雙方無(wú)疑有助于將這種技術(shù)與ADI自主構(gòu)建的解決方案結(jié)合，幫助ADI的客戶能夠輕松開發(fā)和擴(kuò)展他們所需的下一代高性能應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)拿來(lái)即用的目標(biāo)。

新聞中還透露了ADI正在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售一個(gè)新的產(chǎn)品系列，其中包括3D ToF成像器、激光驅(qū)動(dòng)器、基于軟件和硬件的深度系統(tǒng)。據(jù)稱，這些產(chǎn)品將提供市場(chǎng)上出色的深度分辨率，精度可以達(dá)到毫米級(jí)，這個(gè)性能將繼續(xù)奠定ADI在ToF領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新賦能的領(lǐng)導(dǎo)者角色。從合作的另一方微軟來(lái)看無(wú)疑也是雙贏的舉措，借助此次合作可以擴(kuò)大其ToF傳感器技術(shù)的市場(chǎng)滲透率，助力商用3D傳感器、攝像機(jī)和相關(guān)解決方案的開發(fā)，而這些產(chǎn)品與方案可與基于Microsoft depth、Intelligent Cloud和Intelligent Edge平臺(tái)構(gòu)建的微軟生態(tài)系統(tǒng)兼容。

ToF 3D傳感器技術(shù)可以精確投射僅持續(xù)數(shù)納秒的受控激光，這些激光之后從場(chǎng)景中反射到高分辨率圖像傳感器，從而可以對(duì)這個(gè)圖像矩陣中的每個(gè)像素給出深度估值。ADI新推出的CMOS ToF產(chǎn)品基于微軟的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高度精確的深度測(cè)量，是具有低噪聲、防多路徑干擾高穩(wěn)定性，且易于量產(chǎn)的校準(zhǔn)解決方案。據(jù)透露，ADI的產(chǎn)品和解決方案已開始提供樣品，預(yù)計(jì)首款使用微軟技術(shù)的3D成像產(chǎn)品將于2020年年底發(fā)布。

基于CCD+CMOS傳感器的解決方案奠定行業(yè)領(lǐng)先基礎(chǔ)

基于ADDI903X、ADP3634和ADP5071的系統(tǒng)解決方案

值得一提的是，此次合作強(qiáng)調(diào)ADI將圍繞互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像傳感器構(gòu)建完整系統(tǒng)，以提供3D細(xì)節(jié)效果更佳、操作距離更遠(yuǎn)，且操作更可靠的成像，而且不受視線范圍內(nèi)的目標(biāo)限制。這個(gè)平臺(tái)為客戶提供即插即用功能，以快速實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署。

此前ADI的解決方案主要圍繞CCD傳感器提出，例如其中ADDI903X是具有可編程時(shí)序和驅(qū)動(dòng)器的CCD ToF信號(hào)處理器，ADP3634主要用作激光二極管驅(qū)動(dòng)器，ADP5071用作CCD電源和光學(xué)模塊。

該方案能達(dá)到VGA影像分辨率與精準(zhǔn)度，抗強(qiáng)光性，同時(shí)又具備更低的功耗與占位空間，深度數(shù)據(jù)能有效增加影像識(shí)別度，達(dá)到對(duì)象判斷的精準(zhǔn)度?；贑CD傳感器以及模擬前端芯片ADDI903x系列可實(shí)現(xiàn)640x480的分辨率。此外，值得一體的是，ADDI903x可將影像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)同時(shí)計(jì)算出深度值，并提供高精確度的脈沖時(shí)間控制器，閉回路設(shè)計(jì)，讓激光二極管控制的脈沖寬度更準(zhǔn)確，進(jìn)而可以得到更精準(zhǔn)的深度數(shù)據(jù)。

以傳感器和前端芯片ADDI903x 為核心的ToF技術(shù)方案，擁有超高幀率和實(shí)時(shí)性，相比3D激光傳感器的逐點(diǎn)掃描，能快速而又準(zhǔn)確的獲取整體圖像的深度信息。在其它3D技術(shù)中，距離的計(jì)算要通過復(fù)雜算法進(jìn)行，而ToF圖像傳感器芯片可直接計(jì)算到對(duì)象的距離。另外，該方案在戶外性能方面非常出色，可支持940 nm光源，并且每個(gè)像素都有獨(dú)特的背景照明抑制電路。即使有兩倍的照明峰值功率，該方案也能提供未被干擾的深度數(shù)據(jù)。

本文總結(jié)：關(guān)鍵算法提供差異化性能

干擾抑制算法

ToF是一種景深測(cè)量技術(shù)，使用紅外光源向場(chǎng)景發(fā)射多個(gè)精確計(jì)時(shí)的光脈沖。利用已知的光速和光子返回到傳感器每個(gè)像素點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)間，可以計(jì)算出每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的距離或深度。實(shí)際應(yīng)用中會(huì)發(fā)現(xiàn)很多理論之外的挑戰(zhàn)，例如面臨多個(gè)ToF攝像頭同時(shí)工作（至少10個(gè)且發(fā)展路線圖預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)64個(gè)攝像頭同時(shí)近程檢測(cè)）的挑戰(zhàn)時(shí)如何解決。此次合作新聞中，ADI強(qiáng)調(diào)新推出的CMOS ToF產(chǎn)品基于微軟的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高度精確的深度測(cè)量，是“具有低噪聲、防多路徑干擾高穩(wěn)定性，且易于量產(chǎn)的校準(zhǔn)解決方案”。

ADI公司參與飛行時(shí)間干擾算法的AGI團(tuán)隊(duì)成員

解決干擾問題將涉及大量的反復(fù)試錯(cuò)，而現(xiàn)有技術(shù)很可能根本無(wú)法滿足要求。此時(shí)，算法手段能實(shí)現(xiàn)比電路設(shè)計(jì)更快速的迭代和實(shí)驗(yàn)。ADI研發(fā)團(tuán)隊(duì)此前搭配ADI的AFE使用傳感器和攝像頭模塊進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)和快速學(xué)習(xí)，反復(fù)測(cè)試構(gòu)想、模擬多攝像頭環(huán)境，并演示算法對(duì)干擾和功耗的影響，成功提出了避免干擾和消除干擾這兩種方法結(jié)合在一起的算法，能夠同時(shí)運(yùn)行比使用單一算法更多的攝像頭。

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