在各類新型智能終端市場的持續催動下，計算機視覺技術如今已然進入了大爆發時代。作為3D深度視覺領域和雙目視覺及結構光并列的三大主流方案之一，近年來飛行時間（ToF）技術在智能手機、汽車、安防、醫療、和工業等熱門應用市場表現出了極佳的市場潛力。并且憑借不易受外界光干擾、可適用于多種環境下工作，且體積小巧、響應速度快、識別精度高、動態感測范圍更寬等多重優勢，ToF 日漸成為深度傳感的首選技術方案。在高分辨率深度數據與強大的分類算法以及AI相結合的巨大推力下，3D深度傳感ToF技術正在解鎖更多新的應用方向。

從ADI的ToF方案的發展，也能窺見該技術的邊界在不斷地拓展。2014年，ADI公司為國外知名AR眼鏡定制ToF方案，成功落地并實現人機交互和3D重建功能；2016-2017年，ADI ToF技術用于車內手勢識別；2018年，ADI ToF技術開始與品牌手機合作并成功批量上市，進入國民級應用場景……本文通過列舉幾個不同領域的ADI ToF應用場景案例，以期與大家一同展望ToF的未來發展。

ToF技術應用的幾大典型場景

充當自動駕駛的“眼睛”

ToF逐漸成為提升車輛安全性的關鍵技術，背后還得從汽車安全說起。2018年聯合國公布的數據顯示，全球每年約有125萬人因道路交通事故喪生。美國高速公路安全保險機構認為，汽車配備基礎的智能輔助系統可以避免超過60%的交通事故。因此，國內外各大廠商近年來紛紛在ADAS領域大展拳腳之際，被譽為汽車“眼睛”的ToF技術也隨之水漲船高。MarketsandMarkets預計，ToF傳感器市場規模將從2020年的28億美元增長到2025年的69億美元，而市場持續擴張主要源自汽車產業對ToF傳感器需求的增長。

ADI與Jungo合作開發座艙監測技術

當前，ToF在汽車行業的應用主要分為三個領域：一是座艙內部的駕駛者疲勞監測、手勢識別、人臉識別；二是固態激光雷達，其可以看做一種固態激光雷達，有Flash型和單光子型；第三個領域則是自動泊車領域。去年2月，知名半導體公司ADI宣布與Jungo合作開發基于ToF和2D紅外(IR)技術的攝像頭解決方案，以實現車內駕駛員及座艙監測。在此次ADI與Jungo的合作中，ADI提供ToF技術和Jungo的CoDriver軟件相結合，有望通過觀察頭部、身體位置以及眼睛注視情況，監測車內人員的睡意和注意力分散程度。該解決方案意義重大，汽車能實時偵測到駕駛人員是否準備接管汽車。該解決方案還有望實現基于面部、身體和手勢的智能交互，提供各個車內人員的人臉識別功能，從而實現個性化信息娛樂及服務以及拼車支付等功能。ADI公司專家對此次合作給予了高度評價，認為此次合作可以將座艙監測和基于ToF的駕駛員和乘客監測提升到一個新的水平，進而提高車輛安全性。

解決新手父母的焦慮

如果你已經是父母了，或許在孩子剛出生的階段做過這樣的事情——寶寶在睡覺，看著一動不動，你就會用手去探寶寶的鼻子，看看寶寶是不是在正常呼吸，手上有了溫熱的呼吸氣體才會放心。一般大家管這種行為稱之為“新手父母的焦慮”。如今，這一焦慮可以利用ToF技術來消除了。由ADI公司、Arrow、香港中文大學等共同完成的利用ToF技術針對健康護理產品的概念驗證設計可輕松測量嬰兒的胸部活動，從而計算呼吸頻率，并將這些信息傳輸至移動設備。

據介紹，ADI這款業界首款針對健康護理產品的概念驗證設計在智能傳感算法的支持下，能夠為呼吸模式監測和微小動作檢測提供高精度的，納秒級實時傳感數據。該設計的監視器最前面采用ADI的ToF技術攝像頭，在嬰兒呼吸時，監視器會傳輸實時數據，這些數據通過自定義濾波器和增強算法，讓監護人能夠測量嬰兒的胸部活動，移動設備會基于嬰兒的呼吸頻率實時刷新這些信息。此外，對于小月齡的嬰兒來說，在還不能熟練翻身的情況下，趴著也有一定的危險性，該監視器也能夠監測嬰兒是否翻身，這一動作在移動設備中也會清晰的看到。

利用ToF技術針對健康護理產品的概念驗證設計

據悉，該項概念設計將被為摩托羅拉智能育兒品牌提供物聯網技術和平臺服務的供應商HubbleConnected 公司采用，有了這項監視器產品，新手爸媽再也不需半夜起身用手指探嬰兒的鼻息或查看寶寶是否翻身，只需拿起手邊的移動設備就可了解寶寶的狀態啦。

為安全生產保駕護航

在人類與機器人的合作問題上，安全性永遠是要考慮的首要問題，尤其是當機器人身處較為擁擠的工作環境中，它們必須能辨認人與機械以及機械的動作，并作出迅速的反應以避免受傷。因此，自動化工廠中的各類機器人都需要自主避障，如果以激光雷達來解決，成本則需要增加數萬元，用雙攝像頭方案又需要大量的運算和雙攝像頭精準位置的調教，而ToF則成為解決上述難題的極具性價比的最佳選擇。

ADI對于ToF則提供了從硬件芯片到依附于硬件芯片上的算法等多種靈活的方案，其ToF電子圍欄方案能設立虛擬安全防護墻，借 ToF 信號處理器 ADDI9033 搭配紅外光感測組件，采用具有 ToF 測距技術的組件，可應用于工業自動化中安全防護的 Virtual Wall 方案。此外，利用 ToF 的深度資料，ADI 的方案還可以有效地增加影像的辨識度，達到對象判斷的精準度，提供以往機器所沒有的機器視覺，避免了激光雷達與雙攝像頭方案的缺陷。

ADI ToF電子圍欄工業自動化應用

此外，在工廠自動化領域，ToF技術還可以用于拾取放置作業以及裝配作業。在這些應用中，機器人配備了一個或多個ToF相機，可以掃描周圍的環境，識別并抓取物體，運送至其他地點再放下或將物體掛到某處。ToF相機也常被應用于需要進行質量保證的把關，它們可以識別尺寸不準確的物體或形狀，也能識別物體上的破損與破洞，防止瑕疵品進入生產過程。

打造系統級ToF解決方案

ADI是為數不多擁有技術專長、可提供兼具高性能和成本效益的ToF解決方案的公司之一。ADI的脈沖ToFCCD系統，使用高性能ToF CCD和集成了12位ADC、深度處理器（將來自CCD的原始模擬圖像信號處理成深度/像素數據），以及高精度時鐘發生器（為CCD和激光器生成驅動時序）的ToF模擬處理前端ADDI903x。

ADI ToF系統功能框圖

ADI的ToF系統相比其它方案具備以下優點：

使用了分辨率為640×480的ToF圖像傳感器，比市面上大部分ToF解決方案的分辨率高4倍。

使用了對940nm波長高度靈敏的傳感器，能夠在室外環境或具有強環境光的區域采集到更多的有效信號。

深度處理器采用偽隨機化算法和特殊的圖像處理功能，可以消除多機干擾，因此可以在同個環境中使用多個ADI的ToF系統。

原文標題：ToF技術的三個典型應用場景案例淺析

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責任編輯：haq