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深度分析TOF成像技术及应用前景

来源:www.semplanos.com    日期:2018-12-14    点击次数:

TOF是飞行时间(Time of Flight)技术的缩写,通过计算光线发射和反射时间差或相位差,就能产生深度信息。TOF相机每个像元都可以显示深度信息,且快速成像,无须扫描。在未来,TOF相机或TOF成像技术,将成为下一个推动移动消费以及工业应用前进的风口。


什么是TOF技术?

什么是TOFTOF是飞行时间(Time of Flight)技术的缩写。这种相机都要配置有近红外波段的LED光源,它会发出特定频率的近红外光。遇到物体反射后,相机会将光线发射时间和芯片接收到光线的时间相减,或者根据特定频率的相位差,来换算成被测物的距离,从而产生深度信息。


TOF相机的每个像元都可以独立得到自己的深度信息,这样整个相机就可以像传统相机一样,形成一幅深度信息的彩色画面显示出来。


  

▲三个简单过程简述TOF相机工作原理:1)发射短波段固定频率脉冲;2)脉冲从被测物体反射;3)不同位置物体的反射脉冲被相机捕捉到的时间不同,从而获得具体数据信息。


所以,总结一下:

A . TOF相机可以直接可靠的获得被测物的三维、深度信息
B . TOF相机每一个像元都可以显示深度信息
C . 即拍即成像,无需扫描过程,安装/调试都非常简便技术?

有可能引爆下一个未来的新技术

神奇的TOF技术目前已经开始频繁出现在建筑、自动化、汽车制造、仓储物流等领域,虽然听上去离我们生活很远,但是很快这项技术即将拯救我们的未来,成为下一个风口。


在美国一些生态非常好的州,比如犹他州,曾经出现过美洲狮逛商场吓坏顾客的报道。出于安全考虑,商场不得不疏散所有顾客和工作人员,最后在警方鸣枪之后,这头北美最大的猫科动物才跑到灌木丛中,被兽医安抚下来送归野外。


 

▲在警方直升机提供的画面中,美洲狮惊现商场“巡视”。


事后在经过监控调查后发现,正是商场的自动门“私放”美洲狮进了屋。因为自动门只能够判断是否有物体经过,至于是人还是别的动物,对不起,它不认识。


于是乎,有团队针对这一事件,利用TOF相机开发出来一套系统,可以精准识别出自动门前的是人是物品还是动物,从而避免非人类(动物)的进入。


 

▲该套系统不仅仅可以帮助识别动物,还可以帮助商场精准的统计进出的顾客身高、体重以及出入时间、停留时间等大数据,从而得出哪些商品、营销方案应该摆在什么位置能够更吸引目标客户。连逛个商场都要被人算计,还真是细思极恐。


TOF相机可以精准识别是人是物,所以在工业应用中也有很广阔的前景。随着工业4.0的不断深入,越来越多的工厂、仓储引入自动化生产线、系统机器人以及AGV无人搬运车。虽然人力被解放了,但不代表工业安全问题可以被忽略。


传统机械手臂的周围,为了保证员工的安全都会安装有光栅之类的防护措施,如此一来人的安全是保证了,但是异物、机械手掉落的物品,光栅是无法分辨的,统统都会告诉机械手:马上停机!机械手就只能一脸懵逼的等待人类员工前来拯救。


 

▲只要在机械手区域上方安装有TOF相机,一切便可迎刃而解。有物品入侵?怕什么!接着干!有人来了?停机!如此甚至可以节省一部分光栅工作必须要占用的空间。


在汽车上,不论老司机新司机,可能都需要TOF相机的帮忙。倒车的时候,传统倒车雷达或者倒车影像能够探测的面积有限,经常会发生没碰树桩却被高处的坚硬树枝戳伤的情况。或者是看影像没掌握好距离,眼瞅着撞伤了的情况。


 

▲凭借着TOF相机的独特本领,即时能够得到“你离地桩只有0.3m距离了!赶紧刹车!”“树枝距离划伤你的车只有0.1m”之类的提醒,简直是司机们的最爱!


同时,TOF相机还能在自动驾驶、并道辅助、错车辅助、盲点监测等需要极高驾驶技巧的领域中发挥极大地价值,让新手轻松变成老司机!


在移动通信领域,iPhone X 所领衔的 Face ID——3D结构光技术,在可用性上已得到了验证。但其高昂的成本和硕大的传感器,都与智能手机行业需要批量生产和微型化方向不符,而且容易受到强光光照影响。而 vivo 选择的TOF技术则是一种相对稳定高效的方案。

 


▲在投射了一整面近红外光幕后,接收反射光来计算出每个点的深度,就能还原物体表面形貌,形成 3D 立体彩票快3投注APP。


区别于传统相机,TOF 传感器能够直接获得深度和强度信息。由于深度信息和物体的颜色无关,光速等物理信息均为已知,因此通过相对简单的算法就可以将对象从背景当中分离出来,准确地呈现对象,同时降低了对于性能和功耗的需求。


除此以外,TOF摄像头的体积相比结构光的组件更加小巧,无需再留出「刘海」和更多的机身内部空间来获得 3D 深度摄像功能,从而达到「鱼与熊掌均可兼得」的理想效果。


凌云可提供完整的产品级解决方案

英国3D TOF相机供应商Odos Imaging公司自2010年从西门子独立并开始探索TOF成像技术,力争开发敏捷、精准的工业相机。其总部位于苏格兰的首府爱丁堡。

 


▲StarForm-Swift是英国TOF相机厂商Odos Imaging的最新TOF相机,该相机可直接通过千兆网GigE接口提供流畅的动态3D点云,超高的集成度使Swift可在复杂的工业环境内直接部署。可广泛应用于空间检测、货物装载、动态装载尺寸指引等。


  汽车尾部3D点云

 

闲置盒子的深度信息


 利用Swift相机拍摄Odos 工作人员

 

花瓶3D点云信息


 轮毂的3D点云信息
 

利用人体深度信息计算人数


未来,TOF相机及TOF成像技术必将更广泛的运用于各种工业控制、机器人技术、医疗技术及三维重建等行业,甚至将会成为实现我们未来智能社会生活环境的最基础技术。


凌云自2015年与Odos合作至今,已经为无数国内国学用户提供了优质的产品级解决方案。Odos将与凌云携手,共同为中国用户打造更加优质的高性能产品,为中国的TOF技术发展注入新的活力!