详解奥比中光深度感应器工作原理

　　红外线感应器

 

　　红外智能节电开关是基于红外线技术的自动控制产品，当有人进入感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，自动接通负载，人不离开感应范围，将持续接通；人离开后，延时自动关闭负载。人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，安全节能，更显示出人性化关怀。

 

　　红外线感应器是根据红外线反射的原理研制的，属于一种智能节水、节能设备。包括感应水龙头、自动干手器、医用洗手器、自动给皂器、感应小便斗冲水器、感应便器。

 

　　这是标准的称呼，也有称为热红外人体感应器。

 

　　原理

 

　　这种是通过红外线反射原理，当人体的手或身体的某一部分在红外线区域内，红外线发射管发出的红外线由于人体手或身体摭挡反射到红外线接收管，通过集成线路内的微电脑处理后的信号发送给脉冲电磁阀，电磁阀接受信号后按指定的指令打开阀芯来控制头出水；当人体的手或身体离开红外线感应范围，电磁阀没有接受信号，电磁阀阀芯则通过内部的弹簧进行复位来控制的关水。

 

　　红外线

 

　　在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。

 

　　太阳光谱

 

　　红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射，他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒介。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为（0.75-1）～（2.5-3）μm之间；中红外线，波长为（2.5-3）～（25-40）μm之间；远红外线，波长为（25-40）～l000μm 之间。

 

　　真正的红外线夜视仪是光电倍增管成像，与望远镜原理完全不同，白天不能使用，价格昂贵且需电源才能工作。

 

　　近红外线或称短波红外线，波长0.76～1.5微米，穿入人体组织较深，约5～10毫米；远红外线或称长波红外线，波长1.5～400微米，多被表层皮肤吸收，穿透组织深度小于2毫米。

 

　　发展过程

 

　　自动控制系统能够按照人的设计，在人不参与的情况下完成一定的任务。其关键就在于反馈的引入，反馈实际上是把系统的输出或者状态，加到系统的输入端与系统的输入共同作用于系统。系统的输出状态实际上是各种物理量，他们有的是电压，有的是流量、速度等。这些量往往与系统的输入量性质不同，并且取值的范围也不一样。所以不能与输入直接合并使用，需要测量并转化。感应器正是起这个作用，它就像是控制系统的眼睛和皮肤，感知控制系统中的各种变化，配合系统的其他部分共同完成控制任务。

 

　　人类为了从外界获得信息，必须借助于感觉器官。但是人的感觉器官并不是万能的，要想获得更为丰富的信息，进一步研究自然现象和制造劳动工具，人的感官显得很是不够了。作为一种代替人的感官的工具，感应器的历史比近代科学的出现还要古老。天平作为测重的工具在古埃及就开始使用了，一直沿用到现代。利用液体膨胀特性的温度测量在十六世纪就已经出现。以电学的基本原理为基础的感应器是在近代电磁学发展的基础上产生的，但是随着真空管和半导体等有源元件的可靠性的提高，这种类型的感应器得到了飞速发展，谈到感应器大都指有电信号输出的装置。

 

　　应用

 

　　红外智能节电开关是一种高科技产品，它的性能稳定，真正做到了既节能又环保，可以说是声光控产品的完美替代产品。它是通过人体辐射、能自动快速开启各种灯具、防盗报警器、自动门等各种设备。特别适用于中、高级宾馆、公寓、企事业单位、商场、过道、走廊等。触发方式为一次触发及连续触发。

 

　　测到人体红外光谱的变化，自动接通负载，人不离开感应范围，将持续接通；人离开后，延时自动关闭负载。人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，安全节能，更显示出人性化关怀。红外智能节电开关由于触发的时候不需要人发出任何声音，而是人走过时身体向外界散发红外热量最终控制灯具的开启，当人离开后，经过一定时间的延时，自动熄灭。因为不同于声光控灯，不需要声音和开关控制，从而避免了声控噪音的侵扰，同时因为它是感应人体热量控制开关，所以避免了无效电能的损耗，达到节能效果。

 

　　现在的公共场所照明（比如公共走廊及楼梯间）应用最多的还是几年前出现的声光控延时灯具和开关。这种灯具和开关的出现，实现了人来灯亮，人走灯灭，已成为公共场所照明开关的主流产品。当然，这种产品在某种程度上说确实实现了节能的目的，但同时也给人们的生存环境造成了一定的破坏。由于产品本身性能的限制，这种声光控灯具和开关自动控制的实现需要（超过60分贝）声音的配合，这就给大众需要的安静环境造成一定的噪声污染。 随着社会的发展和人们对生态环境的重视，这种声光控灯具和开关已慢慢不能满足人们的需要，这就要求更加节能和环保的自动照明控制产品的出现，以满足人们对高质量生活的需求。 红外智能节电开关是以成熟的红外感应技术为平台，加入更多的高新技术元素而形成的一种具有广阔市场前景的高科技产品，它的出现弥补了声光控技术的缺陷，它的自动控制的实现不需要声音和其他会给环境造成影响的条件的配合，而是人走过时身体向外界散发红外热量最终实现它的自动控制功能。 同时，由于它融入了更多更先进的高科技元素，更节能，更环保。

　　Astra设备中3D深度感应模块所使用的技术称为光编码技术（Light Coding），这是一种 光学式技术。其本质就是产生一张红外激光编码图（IR Light Coding Image），透过红外线投影机打到空间中，也就是用红外线发出发射前经过编码后，肉眼不可见的红外线斑，打到空间中，使得空间中被加上标记，由于散斑具有高度的随机性，因此空间中任何两处的散斑都会是不同的图案。接收器在截取空间中的红外线影像后，把影像交给orbbec芯片进行计算，算出深度图。

　　把这个技术放到客厅这样的场景中，简单来说就是Astra设备通过红外激光源（IR Light Source）发出有编码的红外激光，这串激光打到中的场景内的物体上之后，也就是所说的场景被这种不可见的已编码的红外激光给标记过了，而后接收器（一个标准的CMOS感应器）接收到返回来的红外激光，并把接收到的信息交给Orbbec芯片进行处理，最后把结果返回给应用程序前台，也就形成了我们所看到的场景深度图像（Scene Depth Image）

　　在Astra设备中，Orbbec芯片计算场景中不同处的距离所采用的方法涉及一种 散斑的概念，所谓散班就是当相干光从粗糙表面反射或从含有散射物的介质内部后向散射或透特射时会形成不规则的强度分布，出现随机分布的斑点，这些随机分布的斑点就称为散斑（LaserSpeckles）。 粗糙表面和介质中散射子可以看做是由不规则分布的大量面元构成，相干光照射时，不同的面元对入射相干光的反射或散射会引起不同的光程差，反射或者散射的光波动在空间相遇时会发生干涉现象，当数目很多的面元不规则分布时，可以观察到随机分布的颗粒状结构的图案。（下图为散斑图效果）

　　散斑这种光学效果还有一个最重要的特点，就是具有高度的随机性，而随着距离的不同会出现不同的图案，也就是说，在同一空间中任何两个地方的散斑图案都不相同。只要在空间中打开出这样的光并加以记忆，就等于是在整个空间中做了标记，然后把一个物体放入这个空间中根据物体散斑的变化就可以知道物体的位置。 Astra设备中所使用的光源标定方法也是根据这样的原理设计的，每隔一段距离取一个参考平面，把参考平面上的散斑图案记录下来，根据比对接收器接收到的散斑图案，来判断该散斑点的具体位置。 根据Astra设备中深度感应器的一些设备原理，再结合实际场景来分析一下Astra设备的工具情形。

　　以抓取客厅中的人物为例，通过Astra设备上的IR Light Source向客厅空间发射出已经编码的红外线激光，这些红外线激光 打到人的身上，并形成散斑，也就是对人物 的位置进行了标定，这些光线经过散射之后被Astra设备上的感应设备感知到，也就是一个标准的CMOS感应器。感应器将感应到的数据，交给Astra设备中的Orbbec芯片，芯片内部根据这些数据计算出场景中的人物图像位置，并标定人物 深度位置，生成一张立体的深度图像，通过USB传送给PC设备。