当前,高端面阵dToF(直接飞行时间)激光雷达产品随着新能源汽车等行业的发展而不断落地,日趋成熟,极大推动了高阶智能驾驶的普及,为消费者带来了全新的体验。 然而在消费电子领域,当前只有苹果公司在iPad/iPhone系列产品上实现了量产面阵3D dToF激光雷达产品,国内厂商安思疆科技虽在2020年发布了第1代同类产品,但并未实现量产,究其原因,一方面dToF 据悉,经过近3年的持续研发投入,近日安思疆发布并量产了全新一代消费级、全固态面阵3D dToF激光雷达产品:NUWA-Lidar120和PURPLE-Mix120。 安思疆科技从2019年开始研发面阵dToF激光雷达,2020年紧跟苹果发布了第一代产品PURPLE-Li20,至今已经在该领域持续投入沉淀了3年多。 安思疆CEO李安表示,dToF虽然技术壁垒高,但相对于iToF等其他技术而言,dToF几乎没有理论死角,而随着工艺工程水平的不断提升和SPAD等核心器件供应链的成熟,产业界之前的主要制约因素(核心元器件的工艺制造
1 技术原理分类 直接式ToF(dToF):通过测量光脉冲往返时间直接计算距离。优势在于激光功耗低、抗干扰强、远距离精度高(可达10米以上),但对芯片设计和制造工艺要求极高。 它通过机械或MEMS转镜,将 单点测距 (如单点dToF)的激光束在水平和垂直方向上进行扫描,从而获得整个场景的3D点云。优点是探测距离非常远、视场角大,缺点是结构复杂、成本高、帧率低。 优点是精度高、分辨率高,但容易受环境光干扰,有效距离较短 。 双目立体视觉 :模仿人眼,通过两个摄像头拍摄的图像中对应点的 视差 来计算距离。 TOPPAN的“hybrid ToF”则融合了dToF和iToF的优点,在户外性能和高帧率之间取得平衡。 2. dToF相机(直接飞行时间) 技术特点 :直接测量激光脉冲的 往返时间 。 Sony IMX611 dToF 140×170像素,SPAD结构,高光子探测效率 注意 :ST VL53L9是一个 一体化激光雷达模组 ,虽然叫“激光雷达”,但其形态和用途更接近高分辨率dToF
国内的3D摄像头公司对TOF技术很熟悉,大家使用的都是基于IToF的方案;DToF技术多数厂商还都很陌生,国内的相关产业链也还不成熟,网上关于DToF的资料也相对较少,为了更好的理解DToF技术,根据从去年下半年开始对 (图片来源于网络) DToF和IToF技术方案对比 通过下面表格可以看出,DToF用SPAD技术,把IToF的波形测量切换为光子测量,但DToF深度算法相对简单;这种半导体工艺和技术的投入,几乎可以完美解决 (图片由笔者整理汇总,仅供参考) DToF技术之所以只有苹果一家在使用,除了缺乏相应的应用外,技术难度高也是重要原因,其中SPAD技术是核心挑战。 随着消费类电子的批量化使用DToF,核心的技术难点会逐渐解决,成本会逐步优化,加上应用内容的增多,DToF会为更多的消费者带来价值。 ? 预计需要有一两年的时候, 随着产业链的逐渐成熟,基于DToF的应用内容出现,国内的DToF方案也会有落地,消费类电子如手机、平板电脑会首先适用,然后到刷脸支付等相关行业应用,逐步拓宽DToF的应用场景。
国内的3D摄像头公司对TOF技术很熟悉,大家使用的都是基于IToF的方案;DToF技术多数厂商还都很陌生,国内的相关产业链也还不成熟,网上关于DToF的资料也相对较少,为了更好的理解DToF技术,根据从去年下半年开始对 (图片来源于网络) DToF和IToF技术方案对比 通过下面表格可以看出,DToF用SPAD技术,把IToF的波形测量切换为光子测量,但DToF深度算法相对简单;这种半导体工艺和技术的投入,几乎可以完美解决 (图片由笔者整理汇总,仅供参考) DToF技术之所以只有苹果一家在使用,除了缺乏相应的应用外,技术难度高也是重要原因,其中SPAD技术是核心挑战。 随着消费类电子的批量化使用DToF,核心的技术难点会逐渐解决,成本会逐步优化,加上应用内容的增多,DToF会为更多的消费者带来价值。 ? 预计需要有一两年的时候, 随着产业链的逐渐成熟,基于DToF的应用内容出现,国内的DToF方案也会有落地,消费类电子如手机、平板电脑会首先适用,然后到刷脸支付等相关行业应用,逐步拓宽DToF的应用场景
工业相机是专门为工业应用设计的图像采集设备,具有高精度、高速度、高稳定性和环境适应性强的特点。其核心作用是通过图像处理和分析,为工业自动化提供关键数据支持。 3、 安装净距离 clearance distance 相机前端面与近端视野范围的最短垂直距离。 注:三维相机安装净距离,如图1所示。 4 、基准距离 reference distance 相机前端面与基准面的最短垂直距离。 注:三维相机基准距离,如图1所示。 注:测量体积通常由长(mm)宽(mm)高(mm)表示。 6、 图像分辨率 image resolution 三维相机能捕捉到的二维图像的像素数。 注:图像分辨率=像素列数(宽)像素行数(高)。 注:点率(面阵)=帧率像素分辨率;点率(线阵)=行率轮廓点数。 15、行率 line rate 在指定工作条件下,工业三维相机每秒可完成线扫描并输出对应三维图像的行数(单位:行/秒)。
按照裂纹在木材上的位置可以划分为侧面裂纹、 端面裂纹和贯通裂纹三类。 由于活节、 死节、 蛀孔、 裂纹、 腐朽等缺陷会降低产品的观赏性, 更会使实木板材密度不均匀、 力学性能受影响, 降低其使用价值。 02 图像采集系统 CCD 相机信号输出一致性好、体积小、重量轻、具有抗震性,采集图像的分辨率高,因此,CCD 相机被广泛应用于不同领域的目标检测上。 CCD 相机有线阵和面阵两种类型,线阵 CCD 相机受光照影响程度小,分辨率高,实现高速非接触检测,检测精度高,总体而言,线阵 CCD 相机性价比优于面阵 CCD 相机。 因此,本文选择线阵 CCD 相机作为图像采集相机。 在采集实木板材缺陷图像时,当光照环境条件发生较大变化时,CCD 获取到的图像信息会出现欠饱和的状况。 且比传统检测方法的检测精度和识别效率高,能对生产线上的产品进行实时监控和在线处理, 提高木材加工企业的核心竞争力和自动化水平。
2 被iPad Pro带火的dToF,在 扫地机器人上怎么用? 3月18日,苹果iPad Pro产品线时隔两年再次更新,这次更新带火了一个视觉技术方案——dToF。 相对于苹果应用dToF技术辅助构建AR场景让市场对AR发展前景各种猜测,科沃斯将dToF技术引入到扫地机器人,用于提升扫地机器人的定位导航能力就显得更加实在、更接地气。 在苹果iPad Pro发布会仅10天后,同样将dToF技术带到消费领域的还有科沃斯,科沃斯在其新发布的T8 AIVI扫地机器人上搭载的激光雷达应用的正是dToF技术,以此来提升死角清洁和越障能力。 dToF技术目前在扫地机器人的定位导航方案中具体是如何应用的? 从另外一方面来讲,家用清洁机器人的应用场景对于数据要求不会特别高,比如,它的SLAM算法对于近距离精度(4m,特别是2m以内的数据)更加敏感,测距频率要求也没那么高(目前主流是2000Hz,也有结构光或者三角法方案开始做到
(VRPinea 9月15日讯)今日重点新闻:dToF传感器研发商灵明光子科技获数千万元人民币B1融资,本轮融资将用于继续研发dToF传感技术、扩大人才团队、以及拓展产品领域;HTC Vive Pro 本轮融资由高榕资本领投,OPPO、昆仲资本、真格基金和欧菲控股跟投。 据了解,灵明光子科技有限公司致力于用国际领先的单光子探测器(SPAD)技术,为手机、激光雷达、机器人、VR/AR设备等应用提供自主研发的高性能dToF深度传感器芯片。 本轮融资将用于继续研发dToF传感技术、扩大人才团队、以及拓展产品领域。 VRPinea独家点评:未来市场对于先进dToF成像芯片的需求可能会呈现增长态势。
一、为什么选dToF而不是iToF?在开始之前,先简单说说为什么这颗料值得关注。 TOF测距分为两种技术路线,各有各的适用场景:特性dToF (直接TOF)iToF (间接TOF)测距原理测量光子飞行时间测量相位偏移测距范围远距离优势明显近距离精度高功耗较低较高多目标容易区分容易混淆阳光干扰 dToF算是目前比较均衡的解法了。 接近感应 vs 传统PIR对比项WT4203A-C02 dToFPIR热释电响应速度<20ms500ms~2s方向感知可判断接近/离开无法判断误触发低高(宠物、阳光)黑暗环境正常正常成本稍高便宜实测体验 : PIR传感器经常被门口的阳光、快递员经过触发,dToF就好多了——只有真正走到门口才会触发,体验明显提升。
但是,相对于线阵和迭阵,激光单管经过合束后输出的功率一般为数百瓦,因此一般用在功率需求为几十瓦至数百瓦、或者对体积和可靠性要求非常高的场合,如光纤激光器泵浦、激光医疗等。 这种激光器线阵合束技术的优点是线阵光路独立,装调简便精度高,不存在公差积累问题; 热源分散,可以采用传导冷却或大通道水冷,散热要求低; 线阵之间的电连接与冷却液隔绝,因而可以采用普通纯净水作为冷却液; 3.1.3 激光器迭阵合束光源 半导体激光器迭阵是通过若干微通道热沉封装的bar条在快轴方向直接堆叠而成,激光器迭阵合束技术是高功率半导体激光光源最常采用的合束方式。 激光器迭阵通过热沉与激光芯片之间的串联加电,另外,微通道热沉中水道截面直径在微米量级,容易发生堵塞,这就要求激光器迭阵的冷却液必须采用高度绝缘性的纯净去离子水,并定期维护更换,因而对冷却液和热沉的要求非常高 高功率半导体激光器在大电流工作连续输出时面临着端面灾变性损伤、烧孔、电热烧毁、光丝效应,以及微通道热沉的寿命等基本问题。
DToF(直接测量飞行时间,direct-ToF); 2. IToF(间接测量飞行时间,indirect-ToF)。 DTOF测量发射脉冲与接收脉冲的时间间隔。 DTOF会在单帧测量时间内发射和接收N次光信号,然后对记录的N次飞行时间做直方图统计,其中出现频率最高的飞行时间tof用于计算目标距离。 从应用角度来说,DToF功耗低,体积小适合于在较小的设备使用,并且由于抗扰性较好,在户外的使用上也更胜一筹。并且由于DToF的原理,测量距离增大时精度不会大幅衰减,能耗也不会大幅提升。 三维扫描成像的最大优点是测量精度高。但缺点是速度慢、效率低;用于机械手臂末端时,可实现高精度3D测量,但不适合机械手臂实时3D引导与定位,因此应用场合有限。 三维扫描应用的领域有: (1)逆向工程。
LD具有高转换效率,体积小,可靠性高等特点被广泛应用,但是高功率LD芯片制造工艺复杂,价格贵,外延、芯片、封装等的缺陷影响着器件的成品率。 激光器的失效模式 1 主要失效特性 LD失效的三个时间段: 早期失效、偶然失效、损耗失效 早期失效的原因:芯片制造工艺缺陷、焊接失效、芯片端面绝缘层失效。 高功率LD的热载很大,功率60w的线阵激光器,其工作废热可到80w。因此极小的空隙也可能导致器件过热失效。造成空隙的因素:热沉加工的平整度差,焊料制备过程中产生杂质,热沉金属化中形成大的颗粒。 Al、In在高功率密度下可以融化或再结晶,导致腔面的破坏,这种由于制造工艺缺陷造成的器件失效属于内缺陷。是芯片设计制造工艺不成熟形成的,主要表现:暗线缺陷、腔面COD。 失效统计分析: 高功率激光LD失效主要集中在焊接、焊料制备、芯片工艺三个方面。
dTOF采用时间相关单光子计数(TCSPC)来测量光子到达的时间,并建立直方图以推断出基于特定时间差频率最高的最可能距离。 输入,26dB LNA) SFDR -66 dBc ADC 输入噪声 2 nV/√Hz 功耗 最大 150 mA@3.3V(≈500mW) 休眠功耗 < 5 µA(PDWN 高电平) 这个功耗确实有点高的 这样去写,可能大家没有感觉,可以直接写特色:集成度高、信号链灵活、专为激光/光电测距优化”: 替代传统模拟采集链的低成本 SoC 相比传统方案:衰减+LNA+滤波+ADC+FPGA采样,KTA9010 集成了完整的模数采集链路,包括: 模块 功能说明 输入衰减器 可编程 0~28 dB,适配大动态范围输入 DC Offset 校准 内建高通校正电路(1~4 Hz 截止),防止直流漂移影响动态范围 低噪声放大器 再仿真一个: 背景光强度从 0 到 50MHz 测距误差变化(左轴) 项目 趋势说明 目标1误差(近目标) 在整个范围内误差 < ±1 cm,系统鲁棒性高 目标2误差(远目标) 在背景光 > 35 MHz
另外,只有苹果有机会以高价VR头显,来承载一部分高溢价的VR技术部件。 高通骁龙XR2 从目前市场反馈来说,M1系列芯片的核心优势在于,能够快速处理复杂的图形运算。假设苹果将M1系列芯片移植到了VR设备上,高通将不再具备竞争优势。 当前主流VR一体机大多搭载高通骁龙芯片,性能优秀的采用XR2,普通的采用845。不论是手机还是笔记本电脑领域,从实际的性能测试来看,高通与苹果的差距都十分明显。 据苹果的介绍,这款激光雷达扫描仪采用了直接飞行时间(dToF)来进行测距。dToF具有低功耗、抗干扰、精准度高等特点,明显优于安卓大部分机型内所采用的iToF(间接ToF)技术。 在dToF技术的加持下,苹果完全有能力将用户所处的空间,重新建模成为一个虚拟空间。
看上去非常简单的步骤,其实对机器人的算力要求非常高。 像科沃斯最新发布的地宝X1,为了能够识别更多物品、做出更快的反应,就用上了智能驾驶级别的地平线专用AI芯片。 这就体现了3D结构光配合dToF技术的神奇之处。 3D结构光在获取物体3D信息的同时,也可以获取物体的深度信息,但在距离上能做到的比较有限;dToF则可以补充远距离的深度信息。 △蛇皮走位vs规划路线 这就要看看让它摆脱“蛇皮走位”的LDS激光导航和dToF技术。 在扫地机器人顶部的小圆盘里,就藏着一个可以旋转的激光雷达。 而dToF技术可以让导航的精度进一步提升。 其最大的优点就是几乎不受光线干扰,可以保证扫地机器人在昏暗环境下工作时,依旧保持超高的精确度。 这时依旧要靠LDS激光雷达和dToF强强联合。 配合SLAM算法,扫地机器人可以从一个完全未知的家中任何一点出发,360°全方位识别家居环境信息。
物理接触对保证光纤连接点的低插入损耗和高回波损耗至关重要,光纤端面形状的演化,经历了PC、UPC和APC三种类型,如图1所示。PC 是Physical Contact,物理接触。 图片28.jpg 所有端面都研磨成球面,其中UPC连接器的端面曲率半径小于PC连接器,而APC连接器的端面通常研磨成8° 斜面。 光纤高度(Fiber Height)值得是光纤端面相对于插芯端面的高度,光纤端面可能是凸出于插芯端面之上的,也可能是凹陷于插芯端面之下的。 图5描述了两个APC类连接器之间的连接适配情况,由于两个端面的顶点不能对准,要求插芯端面产生更大的形变,才能保证光纤端面之间的物理接触。因此对APC类光纤连接器的端面曲率半径,要求取值更小。 图片34.jpg 由于技术和成本原因,光纤活动连接器排除在端面镀增透膜的可能,因此光纤端面之间的物理接触是低损耗和高回损得以实现的核心概念。
经过热冲击循环和高湿度/温度测试后,器件性能保持稳定,证明了波导器件具有出色的环境可靠性。 图1展示了本文使用的基于钠钙玻璃的商用铬光掩模的示意图。 定制厚度和高曝光精度可以有效地实现这一目标。由于预设结构的限制,实现了光纤到聚合物波导端面的机械布线,允许进行机械钻孔而不会出现潜在的失准。 在轴向位置方面,为了实现最大耦合效率,需要最小化光纤端面和波导端面之间的距离。光纤端面和波导端面起到机械制动件的作用。通过向器件和板施加压力,实现了光纤和波导端面之间的最小间隙。 为了确保端接器件能够承受环境和机械应力,我们根据 Telcordia GR - 1221 - CORE 标准对波导器件进行了热冲击循环测试( - 55 至 125℃)和高湿度 / 温度测试(85℃/85% 随后,将器件放置在另一个温度测试室中进行高湿度 / 温度测试。在高湿度 / 温度测试期间,器件在 85℃和 85% 相对湿度下暴露 168 小时。在测试前后进行了传输测量。
陶瓷插芯是应用较为广泛的,主要材质是二氧化锆,具有热稳定性好,硬度高,熔点高,耐磨,加工精度高等特点。套筒是连接器的另一个重要部件,套筒起对准的作用,以便于连接器的安装固定。 700_400_20.jpg 为了让两根光纤的端面能够更好的接触,插芯端面通常被研磨成不同结构。PC、APC、UPC代表了陶瓷插芯的前端面结构。PC 是Physical Contact,物理接触。 8°角斜面让光纤端面更紧密,并且将光通过其斜面角度反射到包层而不是直接返回到光源处, 提供了更好的连接性能。UPC (Ultra Physical Contact),超物理端面。 UPC是在PC的基础上更加优化了端面抛光和表面光洁度,端面看起来更加呈圆顶状。连接器连接需要以相同的端面结构,例如APC和UPC不能组合在一起,会导致连接器性能下降。 结构简单,操作方便,制作容易,耐用,可用于高振动环境。 ST连接器 ST光纤连接器(Straight Tip)的外壳呈圆形,采用2.5mm的环形塑料或金属外壳,紧固方式为螺丝扣,常用于光纤配线架。
为了让两根光纤的端面能够更好的接触,光纤跳线的插芯端面通常被研磨成不同结构。常见的研磨方式主要有:PC、APC、UPC。PC/APC/UPC代表了陶瓷插芯的前端面结构。什么是PC光纤连接器? PC是光纤端面是平的,插芯表面研磨成轻微球面,光纤纤芯位于弯曲最高点,这样可有效减少光纤组件之间的空气隙,使两个光纤端面达到物理接触。它是OM1和OM2多模光纤上最常见的抛光类型。 其对接端面是物理接触,即端面呈凸面拱型结构,其接头截面是平的。PC光纤连接器什么是UPC光纤连接器? UPC光纤端面并不是完全平的,有一个轻微的弧度以达到更精准的对接。 UPC是在PC的基础上更加优化了端面抛光和表面光洁度,端面看起来更加呈圆顶状。具有更好的表面光洁度。UPC连接器依赖机器抛光,回波损耗比PC光纤连接器高,接近-50dB或更高。 APC为斜面物理接触,光纤端面通常研磨成8°斜面。可让光纤端面更紧密,并且将光通过其斜面角度反射到包层而不是直接返回到光源处, 提供了更好的连接性能。
光纤纤芯和包层是由不同折射率的玻璃组成,中心为高折射率玻璃纤芯(掺锗二氧化硅),中间为低折射率硅玻璃包层(纯二氧化硅)。 为了让两根光纤的端面能够更好的接触,减少光的反射,光纤跳线的插芯端面通常被研磨成不同结构。端面是平的,将有部分反射光按原路发射回光源处。回波损耗可达到-50dB 或更低。 图片UPC(Ultra Physical Contact),超物理端面。UPC连接器端面并不是完全平的,有一个轻微的弧度以达到更精准的对接。 UPC是在PC的基础上更加优化了端面抛光和表面光洁度,端面看起来更加呈圆顶状。 图片APC(Angled Physical Contact),斜面物理接触。APC 光纤端面通常研磨成8°斜面。 图片连接器连接需要以相同的端面结构,例如APC 的端面被磨成一个8度角,APC则不能和UPC组合在一起,会导致连接器性能下降。