一圖看懂讓機器長眼的ToF應用

癮科技 2018-10-12 15:15

台灣人去澳洲旅遊，一定要抱無尾熊，看袋鼠英姿，但對澳洲當地人來說，有時卻是聞「鼠」色變！澳洲首都坎培拉周邊超過30個天然保育區，在保育區附近看到袋鼠，對當地人幾乎是件稀鬆平常的事。

然而，隨著野生動物數量增多，三不五時發生袋鼠跳到馬路造成交通事故、誤闖民宅、百貨商場的新聞。甚至今年五月就發生袋鼠抓傷遊客，導致受傷縫了17針的新聞。但是現在有一種「ToF(Time of Flight)飛時測距感測」技術為基礎的應用，實現拒「鼠」門外的夢想了！

這項ToF技術，具備辨識人臉及動物的神奇功能。當袋鼠出現在商店或飯店門口時，自動門搭載ToF應用而不會隨意打開，大幅增加遊客及居民的人身安全。未來去澳洲遊玩，在旅宿或當店內，再也不用擔心野生動物闖進來了!

最具發展前景的技術：ToF飛時測距感測

近幾年ToF會越來越受到重視，與3D感測應用有高度關聯。越來越多智慧型手機，搭載3D感測模組來辨識人臉做Face ID，這項功能就可透過ToF輔助人臉辨識，實現更加精準的效果。現在ToF技術擴展到偵測多區及多物的眾多應用。

ToF的技術原理，簡單而言就是將雷射光發射出去，再由偵測器接收散射光，去計算光子雙向飛行時間，進而推導出發射點與物件之間的距離。所以ToF的中文名稱才會稱作：飛時測距感測，也就是偵測距離技術有如時光飛梭快速。

回到一開始提到的案例，這項ToF辨識應用，是來自全球半導體科技大廠Analog Devices(簡稱ADI)亞德諾半導體所研發的。ADI的ToF技術方案是向目標連續發送高精度光脈衝，再用支援窄脈衝全域曝光的面陣CCD感測器接收返回的光，藉由探測光脈衝的往返時間，來獲取至目標物體的距離資訊。

▲ToF技術示意圖

ADI亞太區應用工程團隊針對ToF的特性開發出不同空間應用的方案，像是具人臉辨識功能的3D Camera自動門解決方案。這項方案就是針對郊外飯店、商場、百貨、大賣場這類場域，過去自動門大多用紅外線反射原理，導致對動物自由進出難做到精準管理。對此，ADI 的ToF 3D立體影像感測技術，深度資訊解析度高，可達VGA等級，除了可以辨識並區分空間內人與物體的相對位置距離遠近，應用於人群偵測時還可以摒除非人類(動物)的進入。

當然，ADI 的ToF 3D立體影像感測技術不單單只應用在自動門，還包含在建築、工作自動化以及汽車領域，都有ToF的相關應用，例如現在零售場域相當重視人流計算，才能知道哪些商品、行銷方案擺放在人潮最多的熱點區域。

智慧建築：ToF應用在3D 人流統計

商場現在要統計人流並不困難，但如何有效利用影像技術，精準分辨進出者的身高、體重，同時出入時間及高度誤差低於1%，這就有相當技術門檻了。ADI的ToF解決方案，有別於傳統3D人流方案，大多需要安裝至少二只立體相機，ADI的方案僅需一只ToF攝影鏡頭架，設於門框上方且沒有安裝高度限制。

▲ToF應用於3D 人流統計方案的情境虛擬圖

工業自動化：電子圍牆的應用

由於工業4.0成為產業新顯學，越來越多工廠積極導入自動化生產線、協同機器人以及AGV無人搬運車。然而，雖然機器取代人力，但不代表工安問題可以被忽略。ADI特別提出了ToF在電子圍牆的應用。ADI ToF 電子圍牆這項安全防護方案可應用在眾多機器手臂的場域，一旦有人接近危險區域，機器會立刻停機，待狀況解除後才會恢復工作。是不是很聰明呢？

▲機械手臂上方導入ToF測距技術，可設定偵測範圍大於手臂最大運動範圍，當有阻礙物出現ToF範圍內，可立即告知運動控制中心緊急停機。

智慧汽車：ToF結合full HD影像技術的應用

癮科技過去曾介紹過ADI在智駕車的一系列方案，可以知道在自動駕駛的技術面，除了需要ADAS(先進駕駛輔助系統)來偵測車體外界環境之外，ToF功能在自駕車身上也同樣扮演重要角色。它就像汽車的靈魂之窗，讓行車過程做到一系列的安全防護應用。

對此，ADI所開發的ToF模組，結合full HD CMOS 影像感測器和VGA ToF感測器模組與內建影像處理器。由於ADI把ToF加上CMOS影像感測器可做到overlapping(重疊)實際影像，換句話說，就是比傳統超音波感測具備更佳的感測角度，也更能準確測量物體跟汽車的距離。這對汽車倒車系統、開門防護系統、停車輔助系統及盲點偵測，提供更大範圍的碰撞偵測預防。