超聲波3D回音定位，讓無(wú)人機化身蝙蝠

德國新創(chuàng )公司Toposens開(kāi)發(fā)出一種低成本的輕量級3D傳感器系統，可執行超聲波回音定位功能，從而將傳送的訊號轉換成有形的3D環(huán)境景物映射，讓人們或機器人得以順利解讀，進(jìn)一步實(shí)現無(wú)人機與自動(dòng)駕駛車(chē)等應用。

 

在EIT Digital于巴黎所舉辦的“虛擬-實(shí)體系統概念挑戰賽”(Cyber-Physical Systems Idea Challenge)中，Toposens開(kāi)發(fā)出的3D感測系統已經(jīng)順利地進(jìn)入八強決賽名單。Toposens共同創(chuàng )兼管理總監Tobias Bahnemann指出，該公司開(kāi)發(fā)的微型系統可偵測高達45公尺的范圍，而且分辨率達到了0.5cm，不過(guò)他相信只要再進(jìn)一步提高信號處理能力，就能讓偵測分辨率精確至1mm。

 

Bahnemann展示這款精巧封裝的原型，它采用大小僅40x40x5mm的塑料封裝，重量也只有20克，整個(gè)傳感器解決方案結合了1個(gè)壓電超聲波發(fā)射器以及3個(gè)分離式壓電收發(fā)器?？稍?0kHz時(shí)發(fā)射訊號模式，所有回聲的飛行時(shí)間(time-of-flight；ToF)則可分別采用三個(gè)收發(fā)器以納秒級的時(shí)間分辨率進(jìn)行擷取。

 

 

 

“我們所采用的硬件都來(lái)自于現有可用組件”們Bahnemann解釋?zhuān)?ldquo;但透過(guò)我們開(kāi)發(fā)的智能算法IP，可完成一種倒三角測量，并將接收到的信號轉換成距離和形狀屬性。”

 

“這些算法涉及復雜的數學(xué)，但透過(guò)簡(jiǎn)單的硬件建置，讓我們能夠實(shí)現每秒50,000點(diǎn)的效能,”他認為在算法上的成就得歸功于其共同創(chuàng )辦人與事業(yè)伙伴Alexander Rudoy。

 

該算法大約花了三年的時(shí)間開(kāi)發(fā)，兩位事業(yè)合作伙伴一直到今年3月才得以展示其概念原型。

 

Bahnemann認為該系統不僅可讓機器人在復雜的3D環(huán)境行走，同時(shí)還能進(jìn)行動(dòng)作偵測與手勢控制偵測。因為該傳感器模塊無(wú)需光學(xué)原件且重量輕，可取代昂貴且笨重的雷射與相機系統，而且只需使用0.2W功耗即可實(shí)現運作。

 

 

 

超聲波的另一個(gè)好處是它保有隱私，采用灰階顯示其結果，并僅揭露其深度。相較于攝影機，這種感測系統較不顯眼，但可用于商場(chǎng)進(jìn)行顧客行為分析，以及作為汽車(chē)的防碰撞系統使用。

 

Toposens的目標是在2016年上半年以前為潛在的應用開(kāi)發(fā)人員提供軟件開(kāi)發(fā)工具包，協(xié)助整合3D傳感器技術(shù)于具有各種不同接口與軟件應用的產(chǎn)品中。

 

該公司在三周前才成立，目前正積極尋求可為其傳感器實(shí)現工業(yè)化的投資來(lái)源。此外，根據該公司的開(kāi)發(fā)藍圖，接下來(lái)還將推出長(cháng)程的3D雷達，能夠在高達150-300公尺的范圍內提供周遭環(huán)境的實(shí)時(shí)3D影像，進(jìn)一步實(shí)現自動(dòng)駕駛車(chē)應用。