基于TOF技术避障与物体3D模型构建

 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8*8=64点感应的，更精确的有240*320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

 

光的飞行时间：

TOF距离测量

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

 

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：

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。

 

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