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基于TOF技术避障与物体3D模型构建



  • 声明:本文转自http://www.csdn.net/article/a/2015-12-29/15833252
    摘要:对于智能机器人,避障是一个不可或缺的功能,本文章提供一种基于TOF技术的红外避障方案,单芯片同时能够精准测距、3D图形构建、手势识别。距离远、精度高、延迟少。
    

    一、前言

    对于智能机器人,避障是一个不可或缺的功能,本文章提供一种基于TOF技术的红外避障方案,单芯片同时能够精准测距、3D图形构建、手势识别。距离远、精度高、延迟少。

    二、概述
    TOF,即Time ON Fly,利用红外光在空气中的飞行时间,算出距离物体距离。
    TOF测距距离远,精度高,相比超声波测距优势很大,同时多点感应的TOF芯片,比如88=64点感应的,更精确的有240320的,可以实现构建物体3D模型,应用非常广,比如扫描房间轮廓,构建地图、识别手势,可以在Dragon Board 410c DSP上定义各种手势代表意义,比目前常用手势识别IC智能识别上下左右前后等更灵活。
    本文我们尝试基于Dragon Board 410c 去搭建一个TOF 8*8阵列的IC,型号为EPC610。
    三、详细说明
    3.1 TOF测距原理
    利用红外光在空气中的飞行时间,算出距离物体距离
    0_1466768008342_1.png

    光的飞行时间:
    0_1466768039368_2.png
    TOF距离测量
    0_1466768069811_3.png
    3.2 TOF系统测距的优势
    3.2.1TOF优势
    完整的图像采集
    高帧频
    距离的测量范围从几厘米到数十米
    体积小,集成度高,周边器件少,高经济效益。
    无移动部件
    根据不同环境光自动调节
    3.2.2TOF 8*8EPC610特点
    片上全集成的距离测量或者物体检测数据采集系统,减少周边器件,使设计最简化。
    片上集成高功率LED驱动
    易于同微处理器组成相应的应用
    绝对距离测量并以数据形式输出
    片上集成数据信号处理
    具有高灵敏度,并且测量距离最远可达15米(10MHZ)
    响应时间可小于1ms
    数字数据接口输出,包含12bit的距离数据以及4bit的信号质量等参数
    优良的环境光抑制能力,最高可 >100kLux.
    内部集成环境光检测能力 (“Luxmeter”)
    例如:亮度控制或调光功能
    +8.5V以及-3.0V电源供电以及非常低的电源功耗
    数字数据接口 (2-wire / SPI)
    SMD全兼容的超小CSP24芯片封装
    3.3 基于Dragon Board 410cTOF测距应用设计
    3.3.1通讯接口

    0_1466768096154_4.png
    选用410C的SPI接口,但EPC610是5V的IO电平,需增加Level shift。
    3.3.2设计注意事项
    为获取更高的测量距离与误差,需注意以下:

    0_1466768113784_5.png
    如上图,增加聚光的镜头,同时为不让发射光直接被Sensor感知,镜头底座不漏光。
    -5V的偏压峰值纹波要求比较高,-5V是由+5V经过chargepump反转的来的电压,注意不要跟其他模块共用。
    3.3 总结
    超声波测距对反射物体要求比较高,面积小的物体,如线、锥形物体就基本测不到,而TOF红外测距完全可克服此问题,同时TOF测距精度高,测距远,响应快。考虑到红外避障会受环境的影响,比如强太阳光下、大雾环境下、被测物体是透明玻璃,红外光直接透过等,因此我们推荐超声波与红外可搭配应用,互补各自缺点。