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一图看懂让机器长眼的ToF应用

国人去澳洲旅游,一定要抱无尾熊,看袋鼠英姿,但对澳洲当地人来说,有时却是闻「鼠」色变!澳洲首都坎培拉周边超过30个天然保育区,在保育区附近看到袋鼠,对当地人几乎是件稀松平常的事。

然而,随着野生动物数量增多,三不五时发生袋鼠跳到马路造成交通事故、误闯民宅、百货商场的新闻。甚至今年五月就发生袋鼠抓伤游客,导致受伤缝了17针的新闻。但是现在有一种「ToF(Time of Flight)飞时测距感测」技术为基础的应用,实现拒「鼠」门外的梦想了!
这项ToF技术,具备辨识人脸及动物的神奇功能。当袋鼠出现在商店或饭店门口时,自动门搭载ToF应用而不会随意打开,大幅增加游客及居民的人身安全。未来去澳洲游玩,在旅宿或当店内,再也不用担心野生动物闯进来了!

 

最具发展前景的技术:ToF飞时测距感测

一图看懂让机器长眼的ToF应用

近几年ToF会越来越受到重视,与3D感测应用有高度关联。越来越多智慧型手机,搭载3D感测模组来辨识人脸做Face ID,这项功能就可透过ToF辅助人脸辨识,实现更加精准的效果。现在ToF技术扩展到侦测多区及多物的众多应用。
ToF的技术原理,简单而言就是将雷射光发射出去,再由侦测器接收散射光,去计算光子双向飞行时间,进而推导出发射点与物件之间的距离。所以ToF的中文名称才会称作:飞时测距感测,也就是侦测距离技术有如时光飞梭快速。
回到一开始提到的案例,这项ToF辨识应用,是来自全球半导体科技大厂Analog Devices(简称ADI)亚德诺半导体所研发的。ADI的ToF技术方案是向目标连续发送高精度光脉冲,再用支援窄脉冲全域曝光的面阵CCD感测器接收返回的光,藉由探测光脉冲的往返时间,来获取至目标物体的距离资讯。

一图看懂让机器长眼的ToF应用
▲ToF技术示意图

ADI亚太区应用工程团队针对ToF的特性开发出不同空间应用的方案,像是具人脸辨识功能的3D Camera自动门解决方案。这项方案就是针对郊外饭店、商场、百货、大卖场这类场域,过去自动门大多用红外线反射原理,导致对动物自由进出难做到精准管理。对此,ADI 的ToF 3D立体影像感测技术,深度资讯解析度高,可达VGA等级,除了可以辨识并区分空间内人与物体的相对位置距离远近,应用于人群侦测时还可以摒除非人类(动物)的进入。

当然,ADI 的ToF 3D立体影像感测技术不单单只应用在自动门,还包含在建筑、工作自动化以及汽车领域,都有ToF的相关应用,例如现在零售场域相当重视人流计算,才能知道哪些商品、行销方案摆放在人潮最多的热点区域。

智慧建筑:ToF应用在3D 人流统计

商场现在要统计人流并不困难,但如何有效利用影像技术,精准分辨进出者的身高、体重,同时出入时间及高度误差低于1%,这就有相当技术门槛了。ADI的ToF解决方案,有别于传统3D人流方案,大多需要安装至少二只立体相机,ADI的方案仅需一只ToF摄影镜头架,设于门框上方且没有安装高度限制。

一图看懂让机器长眼的ToF应用一图看懂让机器长眼的ToF应用

▲ToF应用于3D 人流统计方案的情境虚拟图

工业自动化:电子围墙的应用

由于工业4.0成为产业新显学,越来越多工厂积极导入自动化生产线、协同机器人以及AGV无人搬运车。然而,虽然机器取代人力,但不代表工安问题可以被忽略。ADI特别提出了ToF在电子围墙的应用。ADI ToF 电子围墙这项安全防护方案可应用在众多机器手臂的场域,一旦有人接近危险区域,机器会立刻停机,待状况解除后才会恢复工作。是不是很聪明呢?

一图看懂让机器长眼的ToF应用

▲机械手臂上方导入ToF测距技术,可设定侦测范围大于手臂最大运动范围,当有阻碍物出现ToF范围内,可立即告知运动控制中心紧急停机。

智慧汽车:ToF结合full HD影像技术的应用

瘾科技过去曾介绍过ADI在智驾车的一系列方案,可以知道在自动驾驶的技术面,除了需要ADAS(先进驾驶辅助系统)来侦测车体外界环境之外,ToF功能在自驾车身上也同样扮演重要角色。它就像汽车的灵魂之窗,让行车过程做到一系列的安全防护应用。

对此,ADI所开发的ToF模组,结合full HD CMOS 影像感测器和VGA ToF感测器模组与内建影像处理器。由于ADI把ToF加上CMOS影像感测器可做到overlapping(重叠)实际影像,换句话说,就是比传统超音波感测具备更佳的感测角度,也更能准确测量物体跟汽车的距离。这对汽车倒车系统、开门防护系统、停车辅助系统及盲点侦测,提供更大范围的碰撞侦测预防。
一图看懂让机器长眼的ToF应用一图看懂让机器长眼的ToF应用

▲倒车系统运用ToF侦测不同距离的行人或障碍物,经软体处理后以影像显示及声音警示距离,辅助驾驶得知车后的路况,并提前预防倒车撞到树枝造成爱车毁损。

看完这么多ToF相关方案,如果想要进一步了解更多资讯,今年10/23-26期间,ADI将在台北、新竹、台中、台南举办以智慧连接未来为主题的四场智慧物联应用方案巡展,活动现场将实机展示这一系列ToF应用!

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