借助技术进步攻克间接飞行时间 (iToF) 技术目前面临的挑战

现代工业自动化的成功离不开 3D 视觉技术的强大功能。传统的 2D 传感器只能提供平面图像，这使其在设备检测等应用中的效能大打折扣。2D 传感器可以读取包含物品尺寸的条形码，但无法独立测量物体的实际形状和大小，更难以独立识别潜在的凹痕、缺陷或不规则之处。此外，2D 传感器读取的数据易受光照条件的影响，不理想的光线往往会使关键区域变得模糊或失真。

然而，深度感知技术通过模拟人类视觉，以 3D 方式处理 Z 轴，为突破这些限制带来了曙光。现在，深度摄像头可以分辨物体的完整性，对设备进行精确检查，甚至可以捕捉细微的面部特征，为门禁控制等应用提供强大支持。凭借这些出色性能，3D 视觉成为了重塑市场格局的关键力量，给国防、航空航天、医疗、汽车、消费电子等各行各业带来了深远影响。无论是障碍物检测、面部识别、自动驾驶还是机器人助手，深度感知都已经成为了现代工业自动化领域不可或缺的重要技术。

各种各样的深度感知技术都依赖于主动或被动视觉照明。基于被动照明的深度感知通常需要高度校准的立体传感器和视差，这与人眼的视觉机制非常相似。主动感知则会向目标发射光束，并利用反射的能量确定深度信息。这种技术需要一个能量发射器，但它优势明显，例如能够穿透云雾和烟尘、可以全天候工作，测量结果更加精准可靠。

主动照明技术有以下几种：直接飞行时间 (dToF)、间接飞行时间 (iToF)、结构光和主动立体视觉。间接飞行时间 (iToF) 技术利用发射信号和接收信号之间的相位差来计算距离。这种方法准确性很高，并且照明硬件非常简单。

在这篇博客中，您将了解安森美 (onsemi) 最新推出的产品系列——Hypelux ID。该系列在 iToF 技术领域取得了重大进展，能够提升当前工业和消费应用中的深度感知能力。

现有 iToF 技术局限性导致其难以大规模普及

iToF 感知是许多应用的核心技术。常见的用例包括各种智能手机都支持的面部识别功能。然而，这种访问控制功能只能在近距离范围内发挥作用。除此之外，iToF技术还被广泛应用于机器视觉 (MV)、机器人、增强现实/虚拟现实 (AR/VR)、生物识别、患者监测等领域。目前，这些应用仅限于室内近距离（5米内）环境，针对不需要高分辨率的静止目标使用。iToF 技术的潜在应用范围受到多重挑战的制约，具体涉及到运动问题，硬件和数据处理架构的开销与复杂性，以及对精密校准的需求。

这些重大障碍迫使工程师们要么采用复杂且昂贵的 3D 方案来获取深度信息，要么彻底放弃获取深度信息方案。安森美凭借杰出的创新实力，强势推出 Hyperlux ID 系列，成功突破了以往的技术限制，充分释放了 iToF 技术的核心优势。Hyperlux ID 的 iToF 实现方案将有望促使这项重要技术得到更广泛的应用。

Hyperlux ID 技术进展详情介绍

安森美的 Hyperlux ID 感知系列首两款 120 万像素 (MP) iToF 产品，即 AF0130 和 AF0131。该系列将从以下四个关键方面改善传感器性能以及优化相关开发流程：

1. 获取移动目标的可靠深度信息

2.优化分辨率和深度距离，提高准确性

3.降低成本并减小尺寸

4. 减少校准时间

下面将展开详细探讨以上四点。

减少运动伪影

为了实现更广泛的应用，iToF 传感器必须能够有效处理移动目标，产生无运动伪影的准确结果。前文提到，iToF 感知依赖于光反射，需利用四个或更多不同相位来计算深度。 市面上现有的 iToF 感知方案几乎都无法同时捕获和处理这些相位，因而难以应对移动目标的应用。Hyperlux ID 深度传感器采用独特的专有集成和读出结构设计，可以通过兼具片上存储和实时处理能力的全局快门捕获快速移动目标，支持传送带操作、机械臂、监控、防撞、手势检测等应用。

更高分辨率 = 更高准确性和更大深度

目前市场上的大多数 iToF 传感器仅支持 VGA 分辨率，这导致其准确性不足，进而限制了其应用范围。前文提到，VGA 之所以更为盛行，主要归因于其复杂的相位捕获机制以及数据密集型处理需求。 相比之下，Hyperlux ID 传感器采用高性能 3.5 µm 背照 (BSI) 像素设计，分辨率达 1.2 MP (1280x960)。比 VGA 更高的分辨率给 Hyperlux ID 传感器带来了更多优势，不仅扩展了其深度范围，在近距离使用时，它还能实现非常高的准确性，并支持使用广角光学元件。

凭借更高的分辨率，Hyperlux ID 传感器还进一步提高了量子效率，降低了深度抖动。所有这些性能改进的结合，为 iToF 传感器在高分辨率和深度需求突出的应用领域开辟了新的应用前景，比如手势识别、质量检测与控制、访问控制等。

更大范围

得益于分辨率的提升，Hyperlux ID 深度传感器的深度测量范围优于当前市场上的其他 iToF 传感器。目前 iToF 产品的室内测量范围普遍小于 10 米，而 Hyperlux ID iToF 传感器系列可以达到 30 米。高性能全局快门像素的采用，使得整个传感器阵列能够与主动红外光精准对齐，从而有效抑制其他红外源（包括常见的室内灯光和最具挑战性的太阳光）产生的干扰。

校准和开发更加轻松

要准确记录和计算相位差，必须先精确校准 iToF 传感器，这一过程通常非常耗时。为了简化此过程，我们开发了一种专有方法，使 Hyperlux ID 传感器更便于校准，从而大幅缩短了设置时间。

为了协助开发， 安森美还打造了一套易于使用的开发套件，其中包括一个主板、一个传感器主板和一个激光板。此套件可在室内和室外使用，支持的范围为 0.5 - 30 米，能够分析图像，进而生成深度图、3D 点云以及相关的相位和深度数据。

最后，通过使用扩频技术，许多 iToF 传感器和其他支持红外的设备可以在同一系统中协同工作，完全无需担心设备间的信号干扰。

安森美的 iToF 传感器以更低成本实现更强大功能

iToF 传感器以其精准的 3D 深度测量能力，在工业和消费应用中占据了重要地位。安森美的 Hyperlux ID 深度传感器显著提升了 iToF 深度感知技术的性能并简化了相关设计，为此类技术开创了崭新的应用未来。

与目前市面上的 iToF 传感器相比，Hyperlux ID 深度传感器能够更有效地处理运动中、户外环境和更远距离的目标。此外，新颖的设计降低了 Hyperlux ID 深度传感器的成本，减少了对电路板空间的需求，而且还更易于使用。

Hyperlux ID 系列深度传感器目前包括两款产品：AF0130 和 AF0131。AF0130 内置了深度处理功能，而 AF0131 则无此功能，更适合希望使用自有原创算法的客户。

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更多资源

白皮书：借助间接飞行时间 (iToF) 技术的进步攻克挑战

视频：Hyperlux ID 的间接飞行时间 (iToF) 深度感知技术取得突破性进展