從手機(jī)走向汽車，ToF技術(shù)在自動駕駛中扮演了怎樣的角色?

因頻頻亮相在各家高端旗艦手機(jī)上，ToF技術(shù)近年來開始為廣大消費(fèi)者熟知。除了應(yīng)用在手機(jī)上之外，ToF也正在汽車ADAS、安防監(jiān)控等諸多領(lǐng)域大顯身手。近日，知名半導(dǎo)體公司ADI宣布與Jungo合作開發(fā)基于飛行時(shí)間(ToF)和2D紅外(IR)技術(shù)的攝像頭解決方案，以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)駕駛員及座艙監(jiān)測。事實(shí)上，隨著近年來汽車行業(yè)日益重視對汽車乘員和行人的保護(hù)，作為3D深度視覺領(lǐng)域三大主流方案之一，以ToF為代表的汽車智能化趨勢也正加速演進(jìn)，逐漸成為提升車輛安全性的關(guān)鍵技術(shù)。

汽車安全問題凸顯，ToF技術(shù)成破局之道

ToF逐漸成為提升車輛安全性的關(guān)鍵技術(shù)，背后還得從汽車安全說起。2018年聯(lián)合國公布的數(shù)據(jù)顯示，全球每年約有125萬人因道路交通事故喪生。美國高速公路安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)認(rèn)為，汽車配備基礎(chǔ)的智能輔助系統(tǒng)可以避免超過60%的交通事故。因此，國內(nèi)外各大廠商近年來紛紛在ADAS領(lǐng)域大展拳腳之際，被譽(yù)為汽車“眼睛”的ToF技術(shù)也隨之水漲船高。MarketsandMarkets預(yù)計(jì)，ToF傳感器市場規(guī)模將從2020年的28億美元增長到2025年的69億美元，而市場持續(xù)擴(kuò)張主要源自汽車產(chǎn)業(yè)對ToF傳感器需求的增長。

當(dāng)前，ToF在汽車行業(yè)的應(yīng)用主要分為三個(gè)領(lǐng)域：一是座艙內(nèi)部的駕駛者疲勞監(jiān)測、手勢識別、人臉識別;二是固態(tài)激光雷達(dá)，其可以看做一種固態(tài)激光雷達(dá)，有Flash型和單光子型;第三個(gè)領(lǐng)域則是自動泊車領(lǐng)域。在此次ADI與Jungo的合作中，ADI提供ToF技術(shù)和Jungo的CoDriver軟件相結(jié)合，有望通過觀察頭部、身體位置以及眼睛注視情況，監(jiān)測車內(nèi)人員的睡意和注意力分散程度。

Jungo成立于2013年，是一家從Cisco Systems剝離出來的汽車軟件公司，基于領(lǐng)先的深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)視覺算法，其基于相機(jī)的創(chuàng)新司機(jī)狀態(tài)監(jiān)測軟件解決方案CoDriver，實(shí)現(xiàn)對車內(nèi)駕駛員完整、實(shí)時(shí)的狀態(tài)監(jiān)測，特別是對于當(dāng)前從完全人工駕駛到半自動以及全自動駕駛的演進(jìn)中，該解決方案意義重大，汽車能實(shí)時(shí)偵測到駕駛?cè)藛T是否準(zhǔn)備接管汽車。該解決方案還有望實(shí)現(xiàn)基于面部、身體和手勢的智能交互，提供各個(gè)車內(nèi)人員的人臉識別功能，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化信息娛樂及服務(wù)以及拼車支付等功能。ADI公司專家對此次合作給予了高度評價(jià)，認(rèn)為此次合作可以將座艙監(jiān)測和基于ToF的駕駛員和乘客監(jiān)測提升到一個(gè)新的水平，進(jìn)而提高車輛安全性。

當(dāng)ToF遇上汽車，不得不說的兩大優(yōu)勢

ToF幫助汽車提升安全性的背后，與其出眾的技術(shù)優(yōu)勢密不可分。當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)3D方案的手段可分為以下三類主流技術(shù)：結(jié)構(gòu)光、雙目視覺和ToF飛行時(shí)間。相比其他兩種3D深度視覺方案，ToF在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢顯著。

三大主流技術(shù)中，RGB雙目其特點(diǎn)是接近人類的感知，但沒法精確提取到深度數(shù)據(jù);而結(jié)構(gòu)光雖相對于RGB雙目獲取的距離信息更準(zhǔn)確，卻只適用于近距離和特定場景下的3D數(shù)據(jù)信息采集。相較之下，ToF技術(shù)不僅適配范圍更廣，從近距離、遠(yuǎn)距離皆可，同時(shí)提取到的信息也非常準(zhǔn)確。具體到ADI公司的ToF技術(shù)中，這項(xiàng)技術(shù)能達(dá)到VGA影像分辨率與精準(zhǔn)度，同時(shí)又具備更低的功耗與占位空間，深度數(shù)據(jù)能有效增加影像識別度，達(dá)到對象判斷的精準(zhǔn)度。

ADI公司所開發(fā)的ToF模塊結(jié)合影像傳感器和VGA ToF傳感器模塊與內(nèi)建圖像處理器方案，比傳統(tǒng)音波檢測具備更佳的檢測角度，也更能準(zhǔn)確測量物體跟汽車的距離。因此可為汽車倒車系統(tǒng)、開門防護(hù)系統(tǒng)、停車輔助系統(tǒng)及盲點(diǎn)偵測等應(yīng)用提供更大范圍的碰撞偵測預(yù)防。

如何打造系統(tǒng)級ToF方案?

解決方案的整體優(yōu)勢，離不開核心器件的支持。作為ToF方案的核心器件之一，ADI的ToF 前端芯片ADDI903x系列支持CCD紅外光ToF傳感器，分辨率可達(dá) 640x480。ADDI903x可將影像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并提供高精確度的脈波時(shí)間控制器，閉回路設(shè)計(jì)，讓激光二極管控制的脈波寬度更準(zhǔn)確，進(jìn)而可以得到更精準(zhǔn)的深度數(shù)據(jù)。

ADI公司ToF方案的完整系統(tǒng)組成

據(jù)了解，ADI的主芯片ADDI9033和ADDI9036具有很好的性能，傳感器將采集過來的信號轉(zhuǎn)換成電信號，運(yùn)用深度計(jì)算把信息送到SOC處理，然后將數(shù)據(jù)提供給算法公司適配，整個(gè)過程涉及傳感器、鏡頭、發(fā)射器件、平臺、應(yīng)用等。因此，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，能快速而又準(zhǔn)確的獲取整體圖像的深度信息，同時(shí)ToF圖像傳感器芯片可直接測量到對象的距離。另外，該方案在戶外性能方面非常出色，可支持940nm光源，且每個(gè)像素都有獨(dú)特的背景照明抑制電路。

總體來看， ADI的ToF解決方案在同樣的尺寸或同樣的成本，提供更高的系統(tǒng)性能。 ADI針對車內(nèi)檢測系統(tǒng)打造的ToF技術(shù)方案，其其靈敏度、環(huán)境光耐受能力以及分辨率，這些性能使得ADI ToF方案可支持寬視場角應(yīng)用需求，為車內(nèi)駕駛員監(jiān)控和手勢識別設(shè)備具有更出色的靈敏度、更高的集成度、更為豐富的功能和更低的能耗。

結(jié)語

作為3D深度視覺領(lǐng)域三大主流方案之一，近年來ToF技術(shù)在行業(yè)的落地不止于汽車行業(yè)。在智能手機(jī)、安防、醫(yī)療、汽車和工業(yè)等傳統(tǒng)應(yīng)用市場，ToF也有著廣袤的發(fā)揮價(jià)值場景，其市場潛力毋庸置疑。而隨著汽車智能化趨勢加速演進(jìn)，作為激光雷達(dá)、智能攝像頭等深度測距傳感器領(lǐng)域最主流的方案，ToF正助力汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)未來目標(biāo)——自動駕駛。