出手即王炸，ADI推出百萬(wàn)像素級ToF傳感器解決方案

日前，在ADI進(jìn)博會(huì )展臺上，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)掃描相機的實(shí)物，中國客戶(hù)得以首次近距離直觀(guān)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。

ToF并不算一個(gè)最新的技術(shù)，其早已應用于諸如手機、掃地機等產(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(zhù)的正是ADTF3175模塊

ADI的獨門(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)連續發(fā)射光脈沖到被觀(guān)測物體上，然后接收從物體反射回去的光脈沖，通過(guò)探測光脈沖的飛行（往返）時(shí)間來(lái)計算被測物體離相機的距離。

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(xiàn)信號從發(fā)射端天線(xiàn)到接收端天線(xiàn)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)，致使其測量的距離失真，尤其是對于復雜的工業(yè)成像場(chǎng)景，精度和準確度會(huì )成為最大障礙，尤其是iToF準確率更低。

ADI iToF正在通過(guò)一系列創(chuàng )新，以解決這些技術(shù)瓶頸，特別是在精度和準確度方面，經(jīng)由ADI強大且全面的信號鏈技術(shù)，使ToF技術(shù)再一次騰飛。

首先，與市場(chǎng)上傳統的基于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有獨特的調制方案（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4.5米的探測范圍內誤差不超過(guò)正負五毫米的超高精度。

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，其能夠幫助客戶(hù)在諸多工業(yè)領(lǐng)域快速轉化為應用與商業(yè)優(yōu)勢。比如機器人的視覺(jué)識別與避障、利用傳感器精確測量物體尺寸等等場(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(zhù)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內部一個(gè)較為新穎的提法，其內涵是通過(guò)提供模組、系統甚至整體解決方案，為客戶(hù)實(shí)現更多價(jià)值。

“我們希望客戶(hù)能夠更好、更容易地使用ADI技術(shù)，并且將其設計到產(chǎn)品中去，所以我們愿意與生態(tài)系統伙伴一起合作。我們會(huì )直接向客戶(hù)詢(xún)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(hù)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?！盩ony說(shuō)道。

ADTF3175模塊上已經(jīng)打上了ADI的Logo

“很多客戶(hù)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(hù)一個(gè)開(kāi)箱即用的方案?！盩ony強調道?！罢麄€(gè)模塊的設計、驗證、調教和工程都是由ADI完成的?！?/p>

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(lèi)產(chǎn)品，光學(xué)系統則是由其他供應商提供。Tony強調，因為T(mén)oF以每秒30幀速率發(fā)射940nm波長(cháng)的激光，因此系統會(huì )產(chǎn)生大量熱，散熱是除了光學(xué)設計的另外一大挑戰?！癟oF真正的問(wèn)題不在尺寸，而在于散熱?！盩ony說(shuō)道。

同時(shí)，ADI還擁有更為完整的系統級方案，包括深度測量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據直接轉化為點(diǎn)云（point cloud，空間坐標集），或是深度圖（depth map），并將計算卸載至ISP中，使整體方案具有極低的時(shí)延、芯片功耗與系統功耗，并且客戶(hù)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)的性能與應用來(lái)實(shí)現ADI產(chǎn)品在市場(chǎng)上的區分，進(jìn)而為客戶(hù)交付應用與商業(yè)價(jià)值?！盩ony總結道。

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(zhù)其不看好iToF的技術(shù)前景，相反，是要創(chuàng )造更多同合作伙伴生態(tài)系統共同服務(wù)的機會(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)從游戲外設延伸至更多的場(chǎng)景中。

2020年，ADI就宣布與微軟達成戰略合作，利用其ToF傳感器技術(shù)，讓客戶(hù)可以輕松創(chuàng )建高性能3D應用，實(shí)現更高的深度精度，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(chē)、游戲、增強現實(shí)、計算攝影和攝像等領(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）所評論的，ADI已經(jīng)制定了使該技術(shù)大眾化且充滿(mǎn)活力的路線(xiàn)圖。

進(jìn)博會(huì )現場(chǎng)，Tony展示了采用ADI方案的3D建模相機，不僅能通過(guò)幾張照片，幾秒鐘內實(shí)現快速準確實(shí)現建模，而且還能測量出物體的詳細尺寸，并不需要任何參考點(diǎn)。實(shí)際上在A(yíng)DI的Demo中，iToF甚至能掃描出一個(gè)完整的人物模型。

ToF技術(shù)潛在應用場(chǎng)景一覽

一家名為T(mén)empo的美國家庭健身器材供應商，最初打算采用Kinect作為其運動(dòng)與深度測量傳感器，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團隊達成合作后，Tempo決定使用ADI的ToF模塊，從而降低系統的尺寸、功耗以及復雜程度，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后，Kinect的ToF技術(shù)將得到更為廣泛的應用可能。

除了工業(yè)領(lǐng)域，深度傳感器和成像技術(shù)的廣泛應用可能帶來(lái)超出我們想象的智能設備，或者會(huì )出現全新的技術(shù)，讓智能鏡和AR耳機變得和掃地機器人一樣平常。而這一切的基礎都將歸功于高精度的iToF。