揭秘国内独家TOF深度摄像头，助力机器人避障与室内导航

揭秘国内独家TOF深度摄像头，助⼒机器⼈避障与室内导航TOF深度摄像头利⽤光的飞⾏时间测量距离，能够实时快
速的计算深度信息，进⾏准确的三维探测，是实现机器⼈
避障和室内定位与导航等应⽤的⼀⼤法宝。

深度摄像头是所有需要三维视觉设备的必需模块，有了它，设备就能够实时获取周围环境物体
三维尺⼨和深度信息，更全⾯的读懂世界。

深度摄像头给室内导航与定位、避障、动作捕捉、
三维扫描建模等应⽤提供了基础的技术⽀持，成为现今⾏业研究热点，⽽机器⼈、VR/AR等市
场的⽕爆更是⼤⼒推动了深度摄像头的需求。

⼤家⽿熟能详的深度摄像头技术和应⽤有英特尔的RealSense、微软的 Kinect、苹果的
PrimeSense、以及⾕歌的Project Tango等。

不过可以看到这⼀技术的研究和开发多为国外公
司，国内计算视觉⽅⾯的公司或创业团队屈指可数，技术上的壁垒相当⼤。

但《智慧产品圈》
笔者了解到国内的⼀家企业——深圳乐⾏天下科技有限公司在深度摄像头的开发上已取得不错
成绩。

⽬前实现物体深度检测的主流技术有三类：第⼀种是(单⽬)结构光技术，其代表产品是Kinect I
代，主要优势有识别距离远;不过硬件难度和成本稍⾼，只适合室内环境。

第⼆种是双⽬视觉技
术，采⽤两个RGB摄像头，模仿⼈的两眼进⾏测距，精度更⾼，但容易受光照影响。

第三种是
飞⾏时间法(TOF Time of flight)，能够实时快速的计算深度信息，进⾏准确的三维探测，在体感
应⽤上⾮常好，但是成本较⾼、像素较低，⽬前能看到的应⽤是微软的Kinect II代。

乐⾏天下采⽤的正是第三类TOF技术，其原理是采⽤光的飞⾏时间测量⽅法，将特定波长
(850nm)的红外光经过调制后发射出去，在遇见障碍物后会反射回来，深度摄像头的CMOS
Sensor会捕捉到之间不同的相位，通过计算光的飞⾏时间，得出相应的距离信息。

图1：TOF测量原理
该公司开发的RGBD 3D视觉深度摄像头设备除了有⼀颗TOF深度摄像头以测量视觉范围内的景
物深度信息和轮廓信息外，还有另外⼀颗普通RGB拍照摄像头，⽤于获得物理表⾯纹理信息，
两者结合就可以很好的判断前⽅物体距离和形状，再配合乐⾏⾃主开发的⼈物识别、⼈脸识
别、轮廓分离、⾻骼追踪、动作识别等算法，可应⽤于机器⼈定位和导航、VR/AR⼿势识别、
体感游戏、三维建模、⼯业智能化检测等等领域。

图2：乐⾏天下RGBD 3D深度摄像头结构图
该公司机器⼈事业部联合创始⼈陈鎏指出，相较于普通RGB双⽬深度摄像头，TOF优势明显。

因为前者对光照⾮常敏感，不同光照情况下效果不⼀样，容易出错，特别到了晚上没有光照的
情况下基本失效。

后者不受外界环境影响，⽆论⽩天⿊夜都可以知道前⽅是否有障碍物。

⽽且
发射的特定波长的红外光经过乐⾏天下⾃主研发的微透镜陈列后，会均匀地分散在摄像头前⽅
的空间内，进⼀步的提⾼了发光的效率，使得该设备适⽤于复杂环境的室内，也适⽤于⽆强烈
阳光直射的室外。

深度摄像头有⼏个关键技术规格，⼀个是检测范围，看最⼤检测距离;第⼆是检测精度，看误差
多少;第三是检测⾓度，看镜头的视⾓多⼤;第四是检测速度，每秒能刷新多少次。

该设备的测量
范围为0.5-5m，精度误差可达10mm，视场⾓可达80°(对⾓)，帧率30 FPS，其性能参数相当不
错。

虽然其深度摄像头像素是320×240，像素并不⾼，不过这个像素⼤⼩对于机器⼈等已经完
全够⽤。

另⼀个RGB摄像头有1920×1080的⾼清像素，视场⾓86×62×90，帧率亦是30FPS。

图3：乐⾏天下RGBD 3D深度摄像头效果图
“⽬前利⽤TOF技术开发的深度摄像头在国内来说仅我们⼀家，国外做的公司也不多，能看到有
实际应⽤的也只有微软⼀家。

”陈鎏表⽰。

深度视觉本⾝就是⼀项开发难度很⼤的技术，要进⼊
这⼀领域需要有深厚的技术积累和跨越两⼤壁垒，“⼀是时间壁垒，我们的TOF传感器采⽤的是
TI的⽅案，因为⼀直与TI有深度合作，所以可以⽐其他⼈提前半年将⽅案做出来;TOF是TI去年才
推出的，但是现在我们的板⼦(模块)已经做出来了。

⼆是算法壁垒，光拿到传感器输出的数据还
不够，因为噪点很⼤，需要做⾮常多的校准和数据处理等算法⼯作，这个⾮常关键，影响到整
个输出效果。

”他说道。

为了能让有需求的⽤户可以快速集成深度摄像头，乐⾏天下提供整个视觉模块，包括光学部
分，对不同的平台都有相应的⽀持，如提供Windows、Linux、Android系统下的API库，⽀持OPENNI接⼝和ROS系统，同时也可以提供包括⼈物检测、动作捕捉等相关算法库，还可以根据⽤户实际需求定制相关内容。

⽬前已有⼀些机器⼈公司在与该公司进⾏合作。

陈鎏表⽰，⼤家对于乐⾏天下⽐较熟识的是其体感平衡车，但公司在机器⼈导航定位相关技术也已经有多年的技术沉淀，除了前⾯提到的3D深度摄像头外，乐⾏机器⼈事业部还有基于⾃主研发的低成本激光雷达的模组套件和⽅案，包含SLAM全套算法，测量距离6⽶，可实现室内定位与导航、避障;还有针对机器⼈整机，结合激光雷达、深度摄像头、超声波等模组以及碰撞传感器等多种技术的⽅案，可进⾏环境的混合感知，很好解决机器⼈在室内运动过程中的定位和导航以及动态障碍物探测等问题。

“在以上三⼤领域，我们可提供良好的效果展现，优质的技术服务，以及低成本的模组套件，”他说道，“我们希望致⼒于机器⼈智能化和产业化的推⼴，将⼈⼯智能真正引⼊⼈们的⽣活。

”。