實時3D成像QVGA ToF芯片組助力機器人擁有“火眼金睛”

“人形”機器人安裝精準的視覺系統(tǒng)，可以具有與孫悟空相媲美的“火眼金睛”，能夠更清晰更準確的在復雜環(huán)境中辨識物體，甚至在夜晚黑暗的環(huán)境中也可以感知到物體的形狀。當然，除了視覺系統(tǒng)，一個優(yōu)秀的“人形”機器人還需要配備良好的聽覺系統(tǒng)以及運動和感知能力，使其像人類一樣靈活聰明，幫助我們解決實際問題。

現(xiàn)在大多數(shù)機器人所采用的是雙目視覺系統(tǒng)，利用2個攝像頭構(gòu)成景深相機，來判斷所看到的物體離機器人的距離以及它的形態(tài)等等。

雙目成像利用雙攝像頭拍攝物體，再通過三角測距原理計算物體距離。它可以測量目標物體的深度信息以達到高精確度、高分辨率的測量結(jié)果。但是這種系統(tǒng)效率低、算力要求高、容易受到環(huán)境因素干擾，尤其在光線不充足的昏暗環(huán)境下識別率很差。另外，雙目成像相機所采集的視頻圖像，需要經(jīng)過一些上層軟件人工智能的算法處理，這對于系統(tǒng)硬件設計中對中央處理器CPU和圖像處理器GPU的要求非常高，開發(fā)難度也相對較大。因此，雙目成像在實際使用中面臨諸多問題。

作為傳感器的領導廠商，通過結(jié)合使用光飛行時間三維攝像頭傳感器（TOF 3D Camera）和遠紅外熱傳感器陣列傳感器（Thermal camera FIR array），我們打造出更為高效的機器人視覺系統(tǒng)。飛行時間三維攝像頭提供傳感器芯片和配套接口芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的3D成像解決方案，同時可最大限度降低后期處理成本，兼具靈活可調(diào)的各種功能來應對不同的分辨率、距離和視野要求。遠紅外熱傳感器陣列則是在單一芯片中集成了一系列熱感應像素陣列，通過像素熱陣列可以實現(xiàn)在二維區(qū)域內(nèi)的溫度檢測，它為較昂貴的高端熱成像儀提供了一種經(jīng)濟高效的替代方案。

飛行時間（TOF）三維攝像頭傳感器

TOF英文全名為Time of Flight，指的是光飛行時間。攝像頭的調(diào)制光源光線發(fā)射出去之后，經(jīng)過物體再反射回來，會有一個時間差，根據(jù)這個時間差，經(jīng)過具體的算法，可以估算出物體離攝像頭的距離。

如圖所示，TOF 3D攝像頭大大提高了圖像景深信息，可以分析出前面的立體圖像，準確的識別物體之間的距離，從而在復雜環(huán)境下實現(xiàn)高精度地機器人躲避障礙，路線規(guī)劃等功能。

光飛行時間三維攝像頭傳感器（TOF 3D Camera）可以構(gòu)建一個3D深度攝像頭，攝像頭大大提高了圖像景深信息，可以分析出前面的立體圖像，準確的識別物體之間的距離。搭載TOF 3D攝像頭的機器人能夠?qū)η胺綀D像進行三維建模，從而在復雜環(huán)境實現(xiàn)高精度地機器人躲避障礙，路線規(guī)劃等功能。此外，這種3D深度攝像頭還可以實現(xiàn)人臉識別、手勢識別、人體骨架識別、三維測量、環(huán)境感知、三維地圖重建等多項功能，可廣泛運用于電視、手機、機器人、無人機、VR/AR、智能家居安防、汽車駕駛輔助等領域。

邁來芯提供以MLX75023 3D攝像頭傳感器為核心的成套芯片組解決方案，通過與 MLX75123 配套接口芯片的搭配可提供完整的飛行時間解決方案。

MLX75023 是一款三分之一英尺大小的芯片，集成了四分之一視頻圖形陣列（QVGA，320 x 240 像素）分辨率的光飛行時間 (TOF) 攝像頭傳感器。其高動態(tài)范圍 DepthSense? TOF 像素技術(shù)可提供支持最高 120 klux 的背景光抑制能力。它具有-40℃至+105℃的工作溫度范圍，采用芯片級玻璃球形陣列 (BGA) 封裝，可提供許多集成功能。MLX75123芯片兼具出眾性能與靈活性，可以最小化元器件數(shù)量并減小三維TOF攝像頭的尺寸，從而簡化設計并實現(xiàn)超緊湊型3D攝像頭。

MLX75023和MLX75123芯片具有極小的封裝封裝尺寸，因此它們所需的電路板面積極小。該芯片組優(yōu)異的工作穩(wěn)定性使其非常適合于針對汽車、監(jiān)控和智能建筑的設計以及包括機器視覺、機器人和工廠自動化在內(nèi)的工業(yè)應用。

此外，我們還設計研發(fā)了一系列創(chuàng)新性產(chǎn)品用于構(gòu)建適合機器人應用的傳感器和驅(qū)動控制器解決方案，包括用于檢測電流的Hall電流傳感器 MLX91210；冷卻CPU的風扇驅(qū)動IC MLX90287；多款適用于馬達位置和角度檢測的Latch/Switch、線性和3D Hall位置傳感器等。

作者： 邁來芯電子科技