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3D传感技术在光源照明及光学滤波器领域研究进展

导读: 从消费电子市场到工业应用,随着新应用在各领域的不断出现,3D传感技术的市场在不断地发展壮大。

  从消费电子市场到工业应用,随着新应用在各领域的不断出现,3D传感技术的市场在不断地发展壮大。现今几乎所有的智能电视及操作系统都已经能支持动作识别的相关功能,完成诸如画面缩放和频道切换等功能;传感器能够通过探测生产线的移动和表面质量,从而控制产品在生产线中的流向;设计人员也可以对复杂的形状进行扫描并通过3D打印机进行复制;监控系统也已能确保动物和人类远离危险的区域。

  如今的传感器也已可以探测到极端细微的动作和特征。现代的传感器不仅能够探测到点头之类的动作,还可以精确地识别是谁点的头;除了识别功能,现代的传感器还可以用来检测心跳和情感交流时细微的面部特征;现今,3D传感器也已经应用于室外,这意味着传感技术已能应对高亮度或复杂光照等环境下的监测需要。

  一系列的市场研究报告展示了3D传感市场的广阔前景。动作识别和非触碰感应技术的市场规模,将在未来数年间取得79%的增长;截至2018年,动作识别及非触碰感应市场的复合年均增长率将保持在50.7%的水平,市场规模将达到71.5亿美元;2030年动作识别及非触碰感应产品在汽车行业的使用量将超过3800万套。3D传感市场的快速增长和应用数量的持续增加,主要得益于光学和照明技术的进步带来的器件微型化和低成本。

  3D传感是如何工作的

  从本质上来说,3D传感技术主要是指对物体随时间变化的特征和位置进行追踪。为了实现这一目的,人类的眼睛拥有两种不同波长的传感器(晶状体和视神经),大脑是一个复杂的处理器。通过眼睛和大脑协同工作,人类实现可以对波长在390-700nm范围内的光线进行观测。3D传感设备的工作原理与此基本一致,只不过通常还会配备一个照明光源。

  试想一下这样的场景,一位游戏玩家在一台3D传感器面前挥动高尔夫球杆。在这种情况下,传感设备中的照明元件发射出不可见的光“照亮”玩家及其四周的环境。由于光会从玩家的身上反射回传感设备,而光学滤波器则会将杂光和环境光屏蔽,只允许近红外光谱通过光学传感器。通过对光线变化的解读,传感器便可以绘制出玩家动作的3D数字图像,并将图像不断反馈给游戏程序。

  为了完成上述的过程,尽管不同类型的3D传感系统的配置和软件会有所不同,但它们的基本硬件却是一样的:

  照明光源—通常会使用LED或激光二极管来发射红外光谱或近红外光谱

  光学控件—光学镜片能优化环境照明效果,将反射光聚焦到探测器表面,而带通滤波器则只允许与照明光谱匹配的反射光到达光传感器,对环境光线以及其他杂光进行消除

  深度摄像头—这种高性能的光学接收器可以对过滤之后的反射光进行侦测,并将其转换成电信号,由固件进行处理

  固件—超高速ASIC或 DSP芯片对接收到的信号进行处理,将其转换成终端应用程序可以识别的格式。

图1.基本3D传感组件

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