從軟硬件入手打造先進的3D成像產(chǎn)品和解決方案

目前，工業(yè)市場正在推動基于ToF（時間飛行）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協(xié)作機器人、房間映射和庫存管理系統(tǒng)等先進應(yīng)用才能實現(xiàn)工業(yè)4.0的嚴苛環(huán)境中。此外，ToF還可以在汽車應(yīng)用中實現(xiàn)乘員檢測和駕駛員監(jiān)測功能，為駕駛員和乘客提供更加安全的汽車駕乘體驗。事實上，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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課程簡介：介紹ADI TOF技術(shù)的工作原理，模組及系統(tǒng)設(shè)計的挑戰(zhàn)以及方案。

為搶得市場先機，主要的方案提供商都在加強產(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宣布與微軟達成戰(zhàn)略合作，利用后者的3D飛行時間(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、增強現(xiàn)實、計算攝影和攝像等領(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前市場競爭大、產(chǎn)品面市時間越來越緊的當下，整機廠對半導體方案商的期待。在ToF應(yīng)用上，終端客戶無疑也希望深度圖像采集能夠直接使用，能和拍照一樣簡單。眾所周知，微軟的HoloLens混合現(xiàn)實頭戴設(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間技術(shù)領(lǐng)域的行業(yè)標準，因此對該技術(shù)的支持對于ToF半導體方案應(yīng)用來說非常重要。本次雙方無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)和擴展他們所需的下一代高性能應(yīng)用，實現(xiàn)拿來即用的目標。

新聞中還透露了ADI正在設(shè)計、生產(chǎn)和銷售一個新的產(chǎn)品系列，其中包括3D ToF成像器、激光驅(qū)動器、基于軟件和硬件的深度系統(tǒng)。據(jù)稱，這些產(chǎn)品將提供市場上出色的深度分辨率，精度可以達到毫米級，這個性能將繼續(xù)奠定ADI在ToF領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新賦能的領(lǐng)導者角色。從合作的另一方微軟來看無疑也是雙贏的舉措，借助此次合作可以擴大其ToF傳感器技術(shù)的市場滲透率，助力商用3D傳感器、攝像機和相關(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，這些激光之后從場景中反射到高分辨率圖像傳感器，從而可以對這個圖像矩陣中的每個像素給出深度估值。ADI新推出的CMOS ToF產(chǎn)品基于微軟的技術(shù)可以實現(xiàn)高度精確的深度測量，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，預計首款使用微軟技術(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，此次合作強調(diào)ADI將圍繞互補金屬氧化物半導體(CMOS)成像傳感器構(gòu)建完整系統(tǒng)，以提供3D細節(jié)效果更佳、操作距離更遠，且操作更可靠的成像，而且不受視線范圍內(nèi)的目標限制。這個平臺為客戶提供即插即用功能，以快速實現(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是具有可編程時序和驅(qū)動器的CCD ToF信號處理器，ADP3634主要用作激光二極管驅(qū)動器，ADP5071用作CCD電源和光學模塊。

該方案能達到VGA影像分辨率與精準度，抗強光性，同時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，達到對象判斷的精準度?；贑CD傳感器以及模擬前端芯片ADDI903x系列可實現(xiàn)640x480的分辨率。此外，值得一體的是，ADDI903x可將影像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號同時計算出深度值，并提供高精確度的脈沖時間控制器，閉回路設(shè)計，讓激光二極管控制的脈沖寬度更準確，進而可以得到更精準的深度數(shù)據(jù)。

以傳感器和前端芯片ADDI903x 為核心的ToF技術(shù)方案，擁有超高幀率和實時性，相比3D激光傳感器的逐點掃描，能快速而又準確的獲取整體圖像的深度信息。在其它3D技術(shù)中，距離的計算要通過復雜算法進行，而ToF圖像傳感器芯片可直接計算到對象的距離。另外，該方案在戶外性能方面非常出色，可支持940 nm光源，并且每個像素都有獨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是一種景深測量技術(shù)，使用紅外光源向場景發(fā)射多個精確計時的光脈沖。利用已知的光速和光子返回到傳感器每個像素點所花費的時間，可以計算出每個像素所對應(yīng)的距離或深度。實際應(yīng)用中會發(fā)現(xiàn)很多理論之外的挑戰(zhàn)，例如面臨多個ToF攝像頭同時工作（至少10個且發(fā)展路線圖預計將實現(xiàn)64個攝像頭同時近程檢測）的挑戰(zhàn)時如何解決。此次合作新聞中，ADI強調(diào)新推出的CMOS ToF產(chǎn)品基于微軟的技術(shù)可以實現(xiàn)高度精確的深度測量，是“具有低噪聲、防多路徑干擾高穩(wěn)定性，且易于量產(chǎn)的校準解決方案”。

ADI公司參與飛行時間干擾算法的AGI團隊成員

解決干擾問題將涉及大量的反復試錯，而現(xiàn)有技術(shù)很可能根本無法滿足要求。此時，算法手段能實現(xiàn)比電路設(shè)計更快速的迭代和實驗。ADI研發(fā)團隊此前搭配ADI的AFE使用傳感器和攝像頭模塊進行了大量實驗和快速學習，反復測試構(gòu)想、模擬多攝像頭環(huán)境，并演示算法對干擾和功耗的影響，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，能夠同時運行比使用單一算法更多的攝像頭。

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