相信很多人都应该已经玩过采用摄像机感测玩家动作的体感游戏,其采用的便是可以输出周围3D视觉深度图的摄像机设备,这类的设备通常拥有2颗不同功能的摄像机,一颗为普通RGB拍照摄像机,另外一颗,则是可以测量视觉范围内景物的深度信息,可广泛应用于体感游戏、3维扫描建模、机器人定位和导航、无人机等智能设备的避障、工业智能化检测等应用。
TOF技术让摄像机具备3D深度判断能力
所谓的3D深度视觉摄像技术,采用的是光的飞行时间测量(Time-of-Flight, TOF)的方法,将特定波长(例如850nm~870nm)的红外光经过调制后发射出去,在遇见障碍物后会反射回来,深度摄像机的CMOS传感器会捕捉到物件之间的不同相位,通过计算光的飞行时间,得出相应的距离信息。
市面上已经有许多运用TOF技术所推出的解决方案。德州仪器推出了三芯片TOF解决方案,包括了TOF影像传感器(OPT81x0)、模拟前端(VSP5324)与TOF控制器(OPT91xx),并有摄像机开发工具包(CDK)可以协助用户开发相关应用。此3D TOF影像传感器基于DepthSense™技术,能够解读CMOS传感器上的像素,支持高像素调制频率(>50MHz),并在信噪比上有高达5倍的增进。
此外,Infineon也推出了3D影像传感器单芯片,分别是适用于消费类应用的IRS10x0C(裸芯片),以及可应用于汽车领域的IRS10xxA(裸芯片和已封装的芯片),其已内置通过高速接口进行全面数字读取的模拟数字转换器,并整合了控制逻辑来进行自主式的影像深度撷取。
深圳乐行天下公司也推出了RGBD 3D视觉深度摄像机,可以测量视觉范围内的景物的深度信息,测量范围为0.5-5m,精度误差可达到10mm,视场角可达80°(对角),其中特定波长的红外光经过深圳乐行天下公司自主研发的微透镜阵列后,会均匀地分散在摄像机前方的空间内,进一步的提高了发光的效率,经测试,该设备适用于复杂环境的室内,也适用于无强烈阳光直射的室外。
除了硬件之外,软件才是让这些硬件能够在特定应用发挥效用的关键,依据不同的应用,软件必须能够解读传感器传回的数据,进行分析与判断,然后做出相对的反应。例如,在体感游戏中,可以侦测出玩家的动作与手势,然后反应在游戏之中;在3维扫描应用中,可以侦测与建立被扫描对象的3D模型,或是相对应空间的距离与范围;在机器人应用中,可以让机器人判断前方是否有人类或是障碍物,可以进行定位与导航;在无人机应用中,也可以透过TOF技术,判断前方是否有障碍物,及时进行闪避,以确保人员与机器的安全;在工业应用领域,也可以用以检测对象或是操作人员的位置,进行相对应的动作,确保作业环境的安全。
让机器多一只眼睛 从2D平面进入3D立体世界
传统的单一摄像头技术,只能侦测到2维的画面,无法准确判断画面中物件或人物的相对应距离,有了TOF技术,可让机器像人类一样拥有第二只眼睛,能够判断不同物件之间的相对应位置,让机器拥有更正确的空间感测能力,进入真正的3D世界,结合软件的解读与判断,将可让机器更为聪明,提供人类更便利与更安全的应用。
