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日前，在ADI進(jìn)博會(huì)展臺(tái)上，ADI MEMS和傳感器事業(yè)部總經(jīng)理Tony Zarola帶來(lái)了公司最新的iToF傳感器模組ADTF3175以及工業(yè)掃描相機(jī)的實(shí)物，中國(guó)客戶得以首次近距離直觀感受該產(chǎn)品的魅力。此前，該產(chǎn)品曾在Embedded World 2022上亮相，備受市場(chǎng)關(guān)注的同時(shí)，還斬獲了2023年CES創(chuàng)新獎(jiǎng)。
ToF并不算一個(gè)最新的技術(shù)，其早已應(yīng)用于諸如手機(jī)、掃地機(jī)等產(chǎn)品中，但ADI正在通過(guò)一系列創(chuàng)新，使其可以激發(fā)出更多的創(chuàng)新。
Tony Zarola手里拿著的正是ADTF3175模塊
ADI的獨(dú)門(mén)秘籍
ToF是Time of Flight縮寫(xiě)，直譯為飛行時(shí)間。其基本原理是通過(guò)連續(xù)發(fā)射光脈沖到被觀測(cè)物體上，然后接收從物體反射回去的光脈沖，通過(guò)探測(cè)光脈沖的飛行（往返）時(shí)間來(lái)計(jì)算被測(cè)物體離相機(jī)的距離。
雖然原理簡(jiǎn)單，但ToF有個(gè)天然的多路徑干擾問(wèn)題，就像無(wú)線信號(hào)從發(fā)射端天線到接收端天線經(jīng)過(guò)不同路徑一樣，光波也會(huì)通過(guò)不同的路徑反射回來(lái)，致使其測(cè)量的距離失真，尤其是對(duì)于復(fù)雜的工業(yè)成像場(chǎng)景，精度和準(zhǔn)確度會(huì)成為最大障礙，尤其是iToF準(zhǔn)確率更低。
ADI iToF正在通過(guò)一系列創(chuàng)新，以解決這些技術(shù)瓶頸，特別是在精度和準(zhǔn)確度方面，經(jīng)由ADI強(qiáng)大且全面的信號(hào)鏈技術(shù)，使ToF技術(shù)再一次騰飛。
首先，與市場(chǎng)上傳統(tǒng)的基于CCD技術(shù)的iToF產(chǎn)品不同，ADI的ToF傳感器產(chǎn)品是基于CMOS技術(shù)的，因此成為了市場(chǎng)上第一家具有一百萬(wàn)像素（1MP）的ToF傳感器產(chǎn)品。
第二，ADI有獨(dú)特的調(diào)制方案（modulation schemes）。相比于使用雙頻四相（2 frequencies, 4 phases）方案，ADI三頻三相方案，可以實(shí)現(xiàn)4.5米的探測(cè)范圍內(nèi)誤差不超過(guò)正負(fù)五毫米的超高精度。
最后，通過(guò)以上兩點(diǎn)差異化特點(diǎn)，以及ADI的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，其能夠幫助客戶在諸多工業(yè)領(lǐng)域快速轉(zhuǎn)化為應(yīng)用與商業(yè)優(yōu)勢(shì)。比如機(jī)器人的視覺(jué)識(shí)別與避障、利用傳感器精確測(cè)量物體尺寸等等場(chǎng)景。
顯然，通過(guò)更高精度的成像，iToF將應(yīng)用到更多以前無(wú)法想象的場(chǎng)景中。
圖中明顯可以看到，隨著分辨率及精度的提高，物體的信息更加清晰。
如何超越硅？
“Beyond the Silicon（超越硅）”是ADI內(nèi)部一個(gè)較為新穎的提法，其內(nèi)涵是通過(guò)提供模組、系統(tǒng)甚至整體解決方案，為客戶實(shí)現(xiàn)更多價(jià)值。
“我們希望客戶能夠更好、更容易地使用ADI技術(shù)，并且將其設(shè)計(jì)到產(chǎn)品中去，所以我們?cè)敢馀c生態(tài)系統(tǒng)伙伴一起合作。我們會(huì)直接向客戶詢問(wèn)“這個(gè)攝像頭會(huì)去連到什么上，會(huì)用來(lái)做什么”這樣的問(wèn)題。這樣，客戶可以真正把ADI的技術(shù)用起來(lái)，而非自己或是尋找一個(gè)第三方角色來(lái)開(kāi)發(fā)解決方案。”Tony說(shuō)道。
ADTF3175模塊上已經(jīng)打上了ADI的Logo
“很多客戶不知道如何制作ToF模塊。我們看到了這個(gè)痛點(diǎn)，所以決定給客戶一個(gè)開(kāi)箱即用的方案。”Tony強(qiáng)調(diào)道。“整個(gè)模塊的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、調(diào)教和工程都是由ADI完成的。”
如圖所示，ADTF3175模組中，有ADI的ADSD3100 ToF傳感器，此外還有部分電源類產(chǎn)品，光學(xué)系統(tǒng)則是由其他供應(yīng)商提供。Tony強(qiáng)調(diào)，因?yàn)門(mén)oF以每秒30幀速率發(fā)射940nm波長(zhǎng)的激光，因此系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量熱，散熱是除了光學(xué)設(shè)計(jì)的另外一大挑戰(zhàn)。“ToF真正的問(wèn)題不在尺寸，而在于散熱。”Tony說(shuō)道。
同時(shí)，ADI還擁有更為完整的系統(tǒng)級(jí)方案，包括深度測(cè)量ISP以及整個(gè)SDK軟件工具包，從而可以將使用傳感器收集到的原始數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為點(diǎn)云（point cloud，空間坐標(biāo)集），或是深度圖（depth map），并將計(jì)算卸載至ISP中，使整體方案具有極低的時(shí)延、芯片功耗與系統(tǒng)功耗，并且客戶可以簡(jiǎn)單直接的拿來(lái)使用。
“總而言之，我們通過(guò)核心技術(shù)的性能與應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)ADI產(chǎn)品在市場(chǎng)上的區(qū)分，進(jìn)而為客戶交付應(yīng)用與商業(yè)價(jià)值。”Tony總結(jié)道。
iToF的未來(lái)
就在2023年10月，微軟宣布停止生產(chǎn) Azure Kinect Developer Kit，但這并不意味著其不看好iToF的技術(shù)前景，相反，是要?jiǎng)?chuàng)造更多同合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)共同服務(wù)的機(jī)會(huì)。歷史上來(lái)看，作為iToF技術(shù)大放異彩的首個(gè)產(chǎn)品，Kinect已經(jīng)從游戲外設(shè)延伸至更多的場(chǎng)景中。
2020年，ADI就宣布與微軟達(dá)成戰(zhàn)略合作，利用其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(shí)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Microsoft Azure Kinect技術(shù)，為工業(yè)4.0、汽車、游戲、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、計(jì)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。
也正如微軟Swati Mehta在公司網(wǎng)站上的一篇文章中（https://techcommunity.microsoft.com/t5/mixed-reality-blog/microsoft-s-azure-kinect-developer-kit-technology-transfers-to/ba-p/3899122）所評(píng)論的，ADI已經(jīng)制定了使該技術(shù)大眾化且充滿活力的路線圖。
進(jìn)博會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，Tony展示了采用ADI方案的3D建模相機(jī)，不僅能通過(guò)幾張照片，幾秒鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)建模，而且還能測(cè)量出物體的詳細(xì)尺寸，并不需要任何參考點(diǎn)。實(shí)際上在ADI的Demo中，iToF甚至能掃描出一個(gè)完整的人物模型。
ToF技術(shù)潛在應(yīng)用場(chǎng)景一覽
一家名為T(mén)empo的美國(guó)家庭健身器材供應(yīng)商，最初打算采用Kinect作為其運(yùn)動(dòng)與深度測(cè)量傳感器，但由于Kinect并不是為嵌入式所開(kāi)發(fā)的，在尺寸、功耗等方面存在不足，因此Tempo開(kāi)始本打算開(kāi)發(fā)自己的ToF模塊，然而在與ADI公司ToF團(tuán)隊(duì)達(dá)成合作后，Tempo決定使用ADI的ToF模塊，從而降低系統(tǒng)的尺寸、功耗以及復(fù)雜程度，并保持Kinect的相關(guān)性能。該案例足以說(shuō)明在獲得微軟的授權(quán)后，Kinect的ToF技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用可能。
除了工業(yè)領(lǐng)域，深度傳感器和成像技術(shù)的廣泛應(yīng)用可能帶來(lái)超出我們想象的智能設(shè)備，或者會(huì)出現(xiàn)全新的技術(shù)，讓智能鏡和AR耳機(jī)變得和掃地機(jī)器人一樣平常。而這一切的基礎(chǔ)都將歸功于高精度的iToF。
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