新聞中心

國內深度攝像頭方案

2018-04-09

市場對深度視覺技術需求趨于井噴,但可以提供產品和方案的公司寥寥無幾,本文分析了國內三家各具特點的深度攝像頭公司,對三種主流深度攝像頭方案進行了詳細對比,以期幫助應用公司更好選擇適合方案。目前機器人、智能安防、AR/VR、無人機等許多行業對深度視覺的需求越來越突出。如在機器人領域,使用深度攝像頭進行視覺導航、識別外界的環境、規劃路徑、實現避障工作等,基于深度攝像頭的視覺導航已經成為了公認的解決方案。國際巨頭Apple、Microsoft、Facebook/Oculus、Intel、Google等早已瞄準該技術,近年來收購了十數家這個領域的創業公司并且勢頭不減。不過可惜的是,上述大公司無一例外都在為自己的產品構建核心技術門檻,為內部生態服務,至少目前不會致力于成為深度傳感器和技術服務的專業供應商。一方面市場對深度視覺技術需求趨于井噴,另一方面目前可以提供產品和方案的公司寥寥無幾,而在國內從事深度視覺技術開發的公司屈指可數,這類可以對外提供深度攝像頭產品和方案的公司更是成為市場里的香餑餑。《智慧產品圈》記者走訪了國內三家各具特點的深度攝像頭方案開發的公司,并對其產品進行分析比較,希望給讀者帶來對該技術和產品的進一步了解。

深度攝像頭按技術分類可分為以下三類主流技術:(單目)結構光、雙目視覺(雙目可見光/雙目RGB)、TOF飛行時間法。國內從事單目結構光方案開發的有深圳奧比中光科技有限公司、南京華捷艾米軟件有限公司等;還有使用雙目結構光方案的上海圖漾信息科技有限公司;TOF方案的有深圳樂行天下科技有限公司;雙目視覺的應用可見于大疆的無人機。

國內深度攝像頭公司起底
 奧比中光(單目結構光):該公司推出的3D深度攝像頭產品有Astra和Astra-Mini,此兩款已經量產,后續還會推出更加小型化的Astra-E以及Astra-P,可運用于手機、平板、無人機、VR/AR等。Astra系列深度攝像頭主要由一個紅外攝像頭、一個激光器和一個RGB攝像頭組成,如圖1、2所示。
圖1:Astra產品圖
圖2:Astra-Mini產品圖
Astra模塊尺寸大小為165mm*38mm*30mm;檢測范圍是0.6-8米,測量精度在1m范圍內約±1-3mm;視角58.4°;分辨率最高可以做到1280*1024@7FPS,不過常用的是640*480@30FPS,還有更低分辨率的320x240@30FPS、160x120@30FPS方案可選。Astra-Mini性能參數與Astra一致,不過尺寸更小,為80mm*20mm*19.3mm。據悉正在開發中的Astra-E與Astra-P將做到60mm*10mm*6mm與40mm*8mm*4.5mm大小。
據該公司財務總監陳彬介紹,為實現更好的產品性能,激光器、紅外攝像頭、RGB攝像頭這三個核心光學模組均為奧比中光自主設計;此外,產品中核心的3D計算芯片、深度算法、系統支持SDK等也都是該公司完全自主開發。“因為我們具有從底層芯片、深度算法、到系統、框架、上層應用支持的技術實力,相比采用國外底層芯片的方案可以做到成本更低。”他說道,“而且我們是目前國內唯一可量產3D深度攝像頭公司。3D深度攝像頭是一套完整的3D測量系統,各個環節均具有非常高的技術含量,只有具備各環節自主研發實力,才能更好的開發出具備世界領先性能參數的產品。”
奧比中光開發的第一代產品Astra與Astra-Mini主要應用于客廳體感游戲、機器人行業。該公司同時正在開發第二代3D計算芯片,性能更為強大,可兼容不同性能硬件且可適用于室內外的綜合方案。“在客廳市場,公司已與樂視、海信、創維等國內主流電視廠商建立合作;在機器人等領域,海內外數百家公司已采購奧比中光產品用于測試開發。二代產品推出后,應用領域將拓展至如手機、平板、無人機、VR/AR等市場。數年后,有可能看見奧比中光3D傳感器運用于無人駕駛輔助市場。”陳彬說道。
圖漾(雙目+結構光):圖漾的方案采用的是兩個紅外攝像頭加一個激光器進行深度信息測量,模組如圖3所示:
圖3:圖漾模組樣品
該模組尺寸大小為88mm*38mm*35mm;輸出深度分辨率560x460@10fps,也可以做到720P,視應用需求而定;檢測距離為近距離1-5m或遠距離10米內,精度是近距離1mm、遠距離3mm;其水平視角為58°。
據該公司副總經理徐韜介紹,采用雙目結構光是考慮到傳統的單目結構光容易受光照的影響,在室外環境下,如果是晴天,激光器發出的編碼光斑容易太陽光淹沒掉,只有在陰天情況下勉強能用。而雙目結構光可以在室內環境下使用結構光測量深度信息,在室外光照導致結構光失效的情況下轉為純雙目的方式,其抗環境干擾能力、可靠性更強,深度圖質量有更大提升空間。
此外,他還指出,結構光方案中的激光器壽命較短,難以滿足7*24小時的長時間工作要求,其長時間連續工作很容易損壞。因為單目鏡頭和激光器需要進行精確的標定,一旦損壞,替換激光器時重新進行兩者的標定是非常困難的,所以往往導致整個模塊都要一起被換掉;而使用雙目結構光的方式,其標定與激光器無關,替換起來就比較簡單。“也正是因為如此,我們的方案能滿足智能安防等要求7*24小時不間斷工作的行業應用場景。”徐韜說道。
不過因為多了一顆攝像頭,在成本上相對單目方案要高,同時增加了計算量和數據帶寬,功耗上也有所增加,這是雙目結構光方案不可避免需要付出的代價。
目前該公司產品專注的應用場景主要是智能監控行為分析、機器人視覺導航、避障;此外在物流領域(如包裹尺寸大小檢測)和商用檢測人流量應用上(俗稱數人頭,在商場、電影院、公交車上有很大需求),正在進行整體方案的開發。
樂行天下(TOF):該公司開發的RGBD 3D視覺深度攝像頭設備采用一顆TOF深度攝像頭以測量視覺范圍內的景物深度信息和輪廓信息,還有另外一顆普通RGB拍照攝像頭,用于獲得物理表面紋理信息,兩者結合就可以很好的判斷前方物體距離和形狀,再配合樂行自主開發的人物識別、人臉識別、輪廓分離、骨骼追蹤、動作識別等算法,可應用于機器人定位和導航、VR/AR手勢識別、體感游戲、三維建模、工業智能化檢測等等領域。(更多詳情請閱智慧產品圈發布的《揭秘國內獨家TOF深度攝像頭,助力機器人避障與室內導航》一文。)其模塊如圖4所示:
圖4:樂行天下RGBD 3D深度攝像頭結構圖
深度技術大比拼,各有特點和不足
深度攝像頭有幾個關鍵技術規格,一個是檢測范圍,看最大檢測距離;第二是檢測精度,看誤差多少;第三是檢測角度,看鏡頭的視角多大;第四是檢測速度,每秒能刷新多少次。在具體應用時,模塊大小、功耗高低也是重要的選擇參考。總結上文,我們對上述三家的性能參數等做了對比。
表1:三家產品技術比較
上述三種深度攝像頭方案在檢測距離上、精度、檢測速度上相差不大,區別在于:結構光方案優勢在于技術成熟,深度圖像分辨率可以做得比較高,但容易受光照影響,室外環境基本不能使用;而TOF方案抗干擾性能好,視角更寬,不足是深度圖像分辨率較低。
“TOF其實是相對結構光和純雙目攝像頭來說最好的一種技術,它受環境影響小,不過由于傳感器芯片并不成熟,成本很高,實現量產困難,并且分辨率很低,做一些簡單的避障和視覺導航可以用,但是要求精度高些的場景就不行。”徐韜表示。
除了結構光和TOF方式外,還有采用兩個RGB攝像頭做深度檢測,大疆就是使用這種方案實現其無人機避障功能。純雙目只需使用兩顆普通PRG攝像頭,并不涉及光學系統,成本相對前面兩種方案最低,但是深度信息依賴純軟件算法得出,此算法復雜度高,難度很大,處理芯片需要很高的計算性能,同時它也繼承了普通RGB攝像頭的缺點:在昏暗環境下以及特征不明顯的情況下并不適用。
最后附上對雙目RGB、結構光、TOF三種主流技術的詳細的比較:
表2:三種主流深度檢測技術比較
特级婬片日本高清视频