出手即王炸，ADI推出百萬像素級ToF傳感器解決方案

日前，在ADI進博會展臺上，ADI MEMS和傳感器事業(yè)部總經(jīng)理Tony Zarola帶來了公司最新的iToF傳感器模組ADTF3175以及工業(yè)掃描相機的實物，中國客戶得以首次近距離直觀感受該產(chǎn)品的魅力。此前，該產(chǎn)品曾在Embedded World 2022上亮相，備受市場關(guān)注的同時，還斬獲了2023年CES創(chuàng)新獎。

ToF并不算一個最新的技術(shù)，其早已應(yīng)用于諸如手機、掃地機等產(chǎn)品中，但ADI正在通過一系列創(chuàng)新，使其可以激發(fā)出更多的創(chuàng)新。

Tony Zarola手里拿著的正是ADTF3175模塊

ADI的獨門秘籍

ToF是Time of Flight縮寫，直譯為飛行時間。其基本原理是通過連續(xù)發(fā)射光脈沖到被觀測物體上，然后接收從物體反射回去的光脈沖，通過探測光脈沖的飛行（往返）時間來計算被測物體離相機的距離。

雖然原理簡單，但ToF有個天然的多路徑干擾問題，就像無線信號從發(fā)射端天線到接收端天線經(jīng)過不同路徑一樣，光波也會通過不同的路徑反射回來，致使其測量的距離失真，尤其是對于復(fù)雜的工業(yè)成像場景，精度和準(zhǔn)確度會成為最大障礙，尤其是iToF準(zhǔn)確率更低。

ADI iToF正在通過一系列創(chuàng)新，以解決這些技術(shù)瓶頸，特別是在精度和準(zhǔn)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，與市場上傳統(tǒng)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，因此成為了市場上第一家具有一百萬像素（1MP）的ToF傳感器產(chǎn)品。

第二，ADI有獨特的調(diào)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，可以實現(xiàn)4.5米的探測范圍內(nèi)誤差不超過正負(fù)五毫米的超高精度。

最后，通過以上兩點差異化特點，以及ADI的產(chǎn)品優(yōu)勢，其能夠幫助客戶在諸多工業(yè)領(lǐng)域快速轉(zhuǎn)化為應(yīng)用與商業(yè)優(yōu)勢。比如機器人的視覺識別與避障、利用傳感器精確測量物體尺寸等等場景。

顯然，通過更高精度的成像，iToF將應(yīng)用到更多以前無法想象的場景中。

圖中明顯可以看到，隨著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(nèi)部一個較為新穎的提法，其內(nèi)涵是通過提供模組、系統(tǒng)甚至整體解決方案，為客戶實現(xiàn)更多價值。

“我們希望客戶能夠更好、更容易地使用ADI技術(shù)，并且將其設(shè)計到產(chǎn)品中去，所以我們愿意與生態(tài)系統(tǒng)伙伴一起合作。我們會直接向客戶詢問“這個攝像頭會去連到什么上，會用來做什么”這樣的問題。這樣，客戶可以真正把ADI的技術(shù)用起來，而非自己或是尋找一個第三方角色來開發(fā)解決方案?！盩ony說道。

ADTF3175模塊上已經(jīng)打上了ADI的Logo

“很多客戶不知道如何制作ToF模塊。我們看到了這個痛點，所以決定給客戶一個開箱即用的方案?！盩ony強調(diào)道?！罢麄€模塊的設(shè)計、驗證、調(diào)教和工程都是由ADI完成的。”

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產(chǎn)品，光學(xué)系統(tǒng)則是由其他供應(yīng)商提供。Tony強調(diào)，因為ToF以每秒30幀速率發(fā)射940nm波長的激光，因此系統(tǒng)會產(chǎn)生大量熱，散熱是除了光學(xué)設(shè)計的另外一大挑戰(zhàn)?！癟oF真正的問題不在尺寸，而在于散熱?！盩ony說道。

同時，ADI還擁有更為完整的系統(tǒng)級方案，包括深度測量ISP以及整個SDK軟件工具包，從而可以將使用傳感器收集到的原始數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為點云（point cloud，空間坐標(biāo)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延、芯片功耗與系統(tǒng)功耗，并且客戶可以簡單直接的拿來使用。

“總而言之，我們通過核心技術(shù)的性能與應(yīng)用來實現(xiàn)ADI產(chǎn)品在市場上的區(qū)分，進而為客戶交付應(yīng)用與商業(yè)價值。”Tony總結(jié)道。

iToF的未來

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(tǒng)共同服務(wù)的機會。歷史上來看，作為iToF技術(shù)大放異彩的首個產(chǎn)品，Kinect已經(jīng)從游戲外設(shè)延伸至更多的場景中。

2020年，ADI就宣布與微軟達(dá)成戰(zhàn)略合作，利用其ToF傳感器技術(shù)，讓客戶可以輕松創(chuàng)建高性能3D應(yīng)用，實現(xiàn)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、游戲、增強現(xiàn)實、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)大眾化且充滿活力的路線圖。

進博會現(xiàn)場，Tony展示了采用ADI方案的3D建模相機，不僅能通過幾張照片，幾秒鐘內(nèi)實現(xiàn)快速準(zhǔn)確實現(xiàn)建模，而且還能測量出物體的詳細(xì)尺寸，并不需要任何參考點。實際上在ADI的Demo中，iToF甚至能掃描出一個完整的人物模型。

ToF技術(shù)潛在應(yīng)用場景一覽

一家名為Tempo的美國家庭健身器材供應(yīng)商，最初打算采用Kinect作為其運動與深度測量傳感器，但由于Kinect并不是為嵌入式所開發(fā)的，在尺寸、功耗等方面存在不足，因此Tempo開始本打算開發(fā)自己的ToF模塊，然而在與ADI公司ToF團隊達(dá)成合作后，Tempo決定使用ADI的ToF模塊，從而降低系統(tǒng)的尺寸、功耗以及復(fù)雜程度，并保持Kinect的相關(guān)性能。該案例足以說明在獲得微軟的授權(quán)后，Kinect的ToF技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)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(yīng)用可能帶來超出我們想象的智能設(shè)備，或者會出現(xiàn)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(chǔ)都將歸功于高精度的iToF。