基於TOF技術避障與物體3D模型構建

 一、前言

對於智慧機器人，避障是一個不可或缺的功能，本文章提供一種基於TOF技術的紅外避障方案，單晶片同時能夠精準測距、3D圖形構建、手勢識別。距離遠、精度高、延遲少。

二、概述

TOF，即Time ON Fly，利用紅外光在空氣中的飛行時間，算出距離物體距離。

TOF測距距離遠，精度高，相比超聲波測距優勢很大，同時多點感應的TOF晶片，比如8*8=64點感應的，更精確的有240*320的，可以實現構建物體3D模型，應用非常廣，比如掃描房間輪廓，構建地圖、識別手勢，可以在Dragon Board 410c DSP上定義各種手勢代表意義，比目前常用手勢識別IC智能識別上下左右前後等更靈活。

本文我們嘗試基於Dragon Board 410c 去搭建一個TOF 8*8陣列的IC，型號為EPC610。

三、詳細說明

3.1 TOF測距原理

    利用紅外光在空氣中的飛行時間，算出距離物體距離

 

光的飛行時間：

TOF距離測量

3.2 TOF系統測距的優勢

3.2.1TOF優勢

完整的圖像採集

高幀頻

距離的測量範圍從幾釐米到數十米

體積小，集成度高，周邊器件少，高經濟效益。

無移動部件

根據不同環境光自動調節

3.2.2TOF 8*8EPC610特點

 片上全集成的距離測量或者物體檢測數據採集系統，減少周邊器件，使設計最簡化。

 片上集成高功率LED驅動

 易於同微處理器組成相應的應用

 絕對距離測量並以數據形式輸出

 片上集成數據信號處理

 具有高靈敏度，並且測量距離最遠可達15米（10MHZ）

 響應時間可小於1ms

 數字數據接口輸出，包含12bit的距離數據以及4bit的信號質量等參數

 優良的環境光抑制能力，最高可 >100kLux.

 內部集成環境光檢測能力 (「Luxmeter」)

 例如：亮度控制或調光功能

 +8.5V以及-3.0V電源供電以及非常低的電源功耗

 數字數據接口 (2-wire / SPI)

 SMD全兼容的超小CSP24晶片封裝

3.3 基於Dragon Board 410cTOF測距應用設計

3.3.1通訊接口

 

選用410C的SPI接口，但EPC610是5V的IO電平，需增加Level shift。

3.3.2設計注意事項

為獲取更高的測量距離與誤差，需注意以下：

如上圖，增加聚光的鏡頭，同時為不讓發射光直接被Sensor感知，鏡頭底座不漏光。

-5V的偏壓峰值紋波要求比較高，-5V是由+5V經過chargepump反轉的來的電壓，注意不要跟其他模塊共用。

3.3 總結

超聲波測距對反射物體要求比較高，面積小的物體，如線、錐形物體就基本測不到，而TOF紅外測距完全可克服此問題，同時TOF測距精度高，測距遠，響應快。考慮到紅外避障會受環境的影響，比如強太陽光下、大霧環境下、被測物體是透明玻璃，紅外光直接透過等，因此我們推薦超聲波與紅外可搭配應用，互補各自缺點。

 

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