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ToF 信息浅谈

1.1 ToF 基本信息

ToF是Time of flight的简写,直译为飞行时间的意思。所谓飞行时间法3D成像,是通过给目标连续发送光脉冲,然后用传感器接收从物体返回的光,通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。这种技术跟3D激光传感器原理基本类似,只不过3D激光传感器是逐点扫描,而ToF相机则是同时得到整幅图像的深度信息。ToF相机与普通机器视觉成像过程也有类似之处,都是由光源、光学部件、传感器、控制电路以及处理电路等几部单元组成。与同属于非侵入式三维探测、适用领域非常类似的双目测量系统相比,ToF相机具有根本不同3D成像机理。双目立体测量通过左右立体像对匹配后,再经过三角测量法来进行立体探测,而ToF相机是通过入、反射光探测来获取的目标距离获取。

ToF的优势:与立体相机或三角测量系统比,ToF相机体积小巧,跟一般相机大小相去无几,非常适合于一些需要轻便、小体积相机的场合。ToF相机能够实时快速的计算深度信息,达到几十到几百fps。ToF的深度信息。而双目立体相机需要用到复杂的相关性算法,处理速度较慢。ToF的深度计算不受物体表面灰度和特征影响,可以非常准确的进行三维探测。而双目立体相机则需要目标具有良好的特征变化,否则会无法进行深度计算。ToF的深度计算精度不随距离改变而变化,基本能稳定在cm级,这对于一些大范围运动的应用场合非常有意义。

1.2 ToF之应用领域

ToF 相机主要应用领域包括:

<1> 物流行业:通过 ToF 相机迅速获得包裹的抛重(即体积),来优化装箱和进行运费评估;

<2> 安防和监控:进行 People counting 确定进入人数不超过上限;通过对人流或复杂交通系统的counting,实现对安防系统的统计分析设计;敏感地区的检测对象监视;机器视觉:工业定位、工业引导和体积预估;替代工位上占用大量空间的、基于红外光进行安全生产控制的设备;

<3> 机器人:在自动驾驶领域提供更好的避障信息;机器人在安装、质量控制、原料拣选应用上的引导;

<4>医疗和生物:足部矫形建模、病人活动/状态监控、手术辅助、面部3D 识别;

<5>互动娱乐:动作姿势探测、表情识别、娱乐广告

1.3 ToF相机特点

<1>优点:

1.相对二维图像,可通过距离信息获取物体之间更加丰富的位置关系,即

区分前景与后景;

2.深度信息依旧可以完成对目标图像的分割、标记、识别、跟踪等传统应用;

3.经过进一步深化处理,可以完成三维建模等应用;

4.能够快速完成对目标的识别与追踪;

5.主要配件成本相对低廉,包括CCD和普通 LED 等,对今后的普及化生产及使用有利;

6.借助 CMOS 的特性,可获取大量数据及信息,对复杂物体的姿态判断极为有效;

7.无需扫描设备辅助工作

<2>缺点:

1.相对于普通数码相机,其造价仍然偏高,影响该产品目前的普及使用率;

2.相机本身仍然受到硬件发展的限制,更新换代速度较快;

3.测量距离较常规测量仪器短,一般不超过 10 米;

4.测量结果受被测物性质的影响;

5.大多数机器的测量结果受外界环境干扰较为明显,尤其是受外界光源干扰;

1.4 ToF单芯片方案

1. 瑞士ESPROS AG(EPC)提供ToF单芯片解决方案,目前量产的ToF芯片主要有:

epc600 ToF 单点测距芯片:

响应时间可小于 1ms;

环境光抑制能力最高可达130kLux;

内部集成环境光检测能力 (“Luxmeter”);

测量距离最远可达15m(10MHz)。

 

epc611 3D ToF 8 x 8 面阵芯片:

SPI接口输出距离数据;

高达 130KLux 的优良的环境光抑制能力;

测量范围最远可达240米;

2.65 x 2.65mm尺寸;CSP光学封装。

 

epc635 160 x 60 3D ToF 面阵芯片:

全帧率 128 fps 3D ToF 数据测量、滚动帧率可达 512 fps;

集成温度检测、环境光检测、信号幅度检测等功能;

(Push-pull 、Open-drain)灵活的驱动方式;

光源可选用 LED、LD、VCSEL;

芯片尺寸:6.3 x 4.2mm,CSP44 封装;

探测距离最远可达240m 范围。

 

epc660 320 x 240 3D ToF 面阵芯片:

全帧率 40 fps 3D ToF数据测量、滚动帧率可达 160 fps

集成温度检测、环境光检测、信号幅度检测等功能;

(Push-pull 、Open-drain)灵活的驱动方式;

光源可选用 LED、LD、VCSEL;

芯片尺寸:9.7 x 8.7mm,CSP68 封装;

探测距离最远可达240m 范围。

 

ESPROS AG(EPC) ToF 系列芯片,目前已全部量产,欢迎广大客户朋友垂询,我们将为您推荐合适的解决方案。

 

欲了解ESPROS AG(EPC) ToF 芯片更多信息,欢迎来电:

联系人:孙先生  手机:18516346673

邮箱:snuft@aprizes.com  或登录  www.aprizes.com

 

     
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