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3D結(jié)構(gòu)光除了做人臉識(shí)別外，還能用來做什么？

 

被各大手機(jī)廠商旗艦產(chǎn)品采用的3D結(jié)構(gòu)光的技術(shù)，可謂是當(dāng)下最出圈的黑科技之一，但是大家都以為3D結(jié)構(gòu)光只用作于人臉識(shí)別，實(shí)際上3D結(jié)構(gòu)光已經(jīng)被用于包括美顏?zhàn)耘摹R購物、3D打印等方向。

 

此外，今年4月，科沃斯最新發(fā)布的掃地機(jī)器人產(chǎn)品地寶T8也將3D結(jié)構(gòu)光應(yīng)用到了掃地機(jī)器人上。據(jù)悉，此次科沃斯將3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)用到掃地機(jī)器人上，是為了解決掃地機(jī)器人在家中“自由穿行”的關(guān)鍵問題——避障。

 

如果說今年3月發(fā)布的地寶T8 AIVI是科沃斯掃地機(jī)在機(jī)器視覺領(lǐng)域持續(xù)探索的新品，時(shí)隔一個(gè)月，科沃斯推出的地寶T8則是今年花重金打造的另一款新品，這款產(chǎn)品雖然沒有了AIVI，卻加入了另一項(xiàng)名為3D結(jié)構(gòu)光的技術(shù)，以此將自家非視覺版本的掃地機(jī)器人主產(chǎn)品線再拉高了一個(gè)檔位。

 

3D結(jié)構(gòu)光最早在普通消費(fèi)圈層“出名”與蘋果多少也有點(diǎn)關(guān)系，蘋果早在2017年9月發(fā)布iPhone X時(shí)就已經(jīng)開始在前置攝像頭中用3D結(jié)構(gòu)光方案做3D人臉識(shí)別，也就是現(xiàn)在眾人熟知的Face ID。這一方案被蘋果隨后的歷代產(chǎn)品沿用至今，與此同時(shí)，國內(nèi)華米OV也先后將3D結(jié)構(gòu)光方案應(yīng)用到了自家智能手機(jī)攝像頭方案中。

 

手機(jī)人臉識(shí)別的原理是通過手機(jī)攝像頭獲取的3D面部特征信息進(jìn)行解鎖。在3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)之前，安卓手機(jī)也有面部解鎖功能，解決方案是通過雙攝，類似人的雙眼看世界，因?yàn)殡p眼存在一定的距離，視線存在一定的夾角，雙眼看到畫面是不同的，而后在大腦中合成立體的畫面，這就導(dǎo)致雙攝的解決方案雖然能夠拍出不同視角的照片，但差別特別小，不能對(duì)面部識(shí)別的對(duì)比數(shù)據(jù)產(chǎn)生足夠的影響，所以這種非接觸的生物識(shí)別方式下的人臉識(shí)別方案，很難用獲取生物活體特征的方式來排除照片欺騙。而3D結(jié)構(gòu)光可謂是獲取人臉立體信息的最佳方案之一，其工作原理類似于可以繪制海底地形圖的聲吶系統(tǒng)，通過反射信息來確定深度，所獲取的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度極高。

 

科沃斯的3D避障“新招”

 

相較于智能手機(jī)，掃地機(jī)器人需要在運(yùn)動(dòng)中保持穩(wěn)定高效的工作，同時(shí)需要面對(duì)更為復(fù)雜的家庭環(huán)境，必須精準(zhǔn)地測(cè)量不同類型、形狀及尺寸的物體。科沃斯則需要考量，如何將運(yùn)動(dòng)中的掃地機(jī)器人與近距離深度信息采集的3D結(jié)構(gòu)光優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

 

當(dāng)然，T8上所使用的3D結(jié)構(gòu)光，雖然技術(shù)原理上與iPhone相同，但使用場(chǎng)景卻截然不同，T8上使用的3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)，依然保留了可獲取物體3D信息、精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。具體而言，3D結(jié)構(gòu)光方案有以下幾個(gè)特性：

 

直接測(cè)量深度信息，且精度高，達(dá)到毫米級(jí)別；

 

主動(dòng)發(fā)射和接受激光，暗環(huán)境下也能正常探測(cè)；

 

3D結(jié)構(gòu)光不識(shí)別具體是什么物體，避障應(yīng)用中也沒有種類的限制。

 

由于掃地機(jī)器人需要在移動(dòng)過程中處理更多數(shù)據(jù)信息，所以要盡可能降低功耗，縮短判斷與計(jì)算處理時(shí)間。結(jié)構(gòu)光因?yàn)橹鲃?dòng)投射編碼光，且技術(shù)成熟，投影圖案經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，深度圖像可以做到相對(duì)較高的分辨率，在一定范圍內(nèi)可以達(dá)到較高的測(cè)量精度和響應(yīng)速度，且相對(duì)視覺識(shí)別的方案不需要復(fù)雜的計(jì)算過程，再配合dToF補(bǔ)充遠(yuǎn)距離深度信息，可達(dá)到動(dòng)態(tài)下的物體識(shí)別與環(huán)境感知。

 

科沃斯的3D避障“新招”

 

提及地寶T8上的3D結(jié)構(gòu)光與dToF方案的設(shè)計(jì)邏輯，科沃斯向雷鋒網(wǎng)(公眾號(hào)：雷鋒網(wǎng))解釋稱：

 

3D結(jié)構(gòu)光與dToF飛行時(shí)間測(cè)距技術(shù)的相互配合，以及在算法上的優(yōu)化，能夠使掃地機(jī)器人更好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜的家居環(huán)境。特別是在室內(nèi)環(huán)境下，3D結(jié)構(gòu)光主動(dòng)發(fā)射與接收激光的特性，能夠讓T8在暗光環(huán)境下也能保持正常運(yùn)行。再加上dToF對(duì)強(qiáng)光的抗干擾能力很強(qiáng)，不易發(fā)生強(qiáng)光區(qū)域的漏掃。

 

此外，除了避障，采用3D結(jié)構(gòu)光方案，還可以實(shí)現(xiàn)更好的規(guī)避卡困和跌落能力，有更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。在地寶T8實(shí)際工作過程中，3D結(jié)構(gòu)光方案可以讓其近距離識(shí)別前端4.5cm~30cm范圍內(nèi)的障礙物，并實(shí)現(xiàn)感知，可以說3D結(jié)構(gòu)光是目前單純避障性能里最優(yōu)的，并且成本最優(yōu)的方案之一。

 

dToF：10m內(nèi)精準(zhǔn)探測(cè)2mm物體的黑科技

今年dToF意外成為被蘋果帶火的又一項(xiàng)老技術(shù)，尤其還是被用到iPad Pro上支撐當(dāng)下頗受關(guān)注的AR場(chǎng)景相關(guān)功能應(yīng)用。

 

dToF的傳統(tǒng)熱門應(yīng)用其實(shí)是車載雷達(dá)，dToF的關(guān)鍵指標(biāo)包括測(cè)距距離、距離分辨率、2D分辨率以及抗干擾性，由于車載雷達(dá)對(duì)于測(cè)距距離（100m以上）和抗干擾性的要求，相關(guān)的ToF傳感器基本是dToF占主導(dǎo)。對(duì)于消費(fèi)電子應(yīng)用來說，使用dToF的主要優(yōu)勢(shì)是可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的測(cè)距距離和較高的測(cè)距精度，因此當(dāng)把測(cè)距距離擴(kuò)展到10米以上時(shí)，dToF會(huì)成為更好的選擇，并且由于dToF對(duì)于環(huán)境光干擾較不敏感，可以讓智能設(shè)備的深度傳感工作在不同光照強(qiáng)度的場(chǎng)景下進(jìn)行。

 

也正是這項(xiàng)技術(shù)，出現(xiàn)在了科沃斯發(fā)布的地寶T8 AIVI和地寶T8產(chǎn)品介紹中，成為今年科沃斯推出的「地寶T8 Famliy」的標(biāo)配技術(shù)，科沃斯這兩款產(chǎn)品也成為業(yè)內(nèi)首次將該技術(shù)落地到掃地機(jī)器人中的產(chǎn)品。

 

ToF本就是激光雷達(dá)中主流測(cè)距技術(shù)，不過，此前在掃地機(jī)器人上應(yīng)用的ToF主要基于SLAM導(dǎo)航的輔助測(cè)距傳感器，用于二維掃描探測(cè)，幫助掃地機(jī)器人在移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)自身的定位。

 

科沃斯告訴雷鋒網(wǎng)，由于dToF技術(shù)視角更寬，在遠(yuǎn)距離場(chǎng)景測(cè)距定位中有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崟r(shí)快速的深度信息計(jì)算，進(jìn)行準(zhǔn)確的三維探測(cè)，是實(shí)現(xiàn)掃地機(jī)器人室內(nèi)定位、導(dǎo)航與避障等應(yīng)用升級(jí)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

 

科沃斯的3D避障“新招”

 

2019年之前，傳統(tǒng)LDS激光雷達(dá)仍是國內(nèi)掃地機(jī)器人用于導(dǎo)航定位的主流方案，對(duì)于創(chuàng)建完整的家居地圖和導(dǎo)航規(guī)劃等場(chǎng)景應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟，與此同時(shí)，據(jù)奧維云網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2018年激光導(dǎo)航產(chǎn)品全面爆發(fā)，帶動(dòng)同期銷量野蠻式增長。

 

但隨著技術(shù)力、產(chǎn)品力的提升，用戶也對(duì)掃地機(jī)器人提出了更高的應(yīng)用需求——面對(duì)復(fù)雜的家居環(huán)境，以及多樣化的清潔需求，掃地機(jī)器人在技術(shù)上也需求繼續(xù)提升，形成建圖更精準(zhǔn)、識(shí)別效率更高的掃地機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)。

 

對(duì)此，科沃斯認(rèn)為，dToF技術(shù)在激光功耗、抗干擾、遠(yuǎn)距離精度等方面有明顯優(yōu)勢(shì)。

 

dToF技術(shù)的誤差在正常工作范圍內(nèi)不隨距離變化，在不同距離的誤差相較于傳統(tǒng)LDS三角測(cè)距更穩(wěn)定，并且受到多徑等因素的干擾較小，在遠(yuǎn)距離、復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用有著優(yōu)勢(shì)。具體來說，dToF的有效測(cè)距范圍可達(dá)10m，可精準(zhǔn)探測(cè)2mm細(xì)小物體，這一性能4倍于傳統(tǒng)LDS方案，可以構(gòu)建更加精確的家庭清掃地圖，且建圖更快，更加適用于大戶型，同時(shí)對(duì)于深色物體的識(shí)別能力大大提升，在強(qiáng)光環(huán)境下的表現(xiàn)更加穩(wěn)定。

 

邁過“避障”門檻，掃地機(jī)器人走入更多家庭

掃地機(jī)器人并不是新物種，很多用戶曾經(jīng)都抱著解放雙手的目的買過掃地機(jī)器人，但是結(jié)果卻把自己氣的夠嗆，有人吐槽像是養(yǎng)了一條哈士奇，智障和拆家水平了得。這正是反映了早期的掃地機(jī)器人導(dǎo)航和避障能力的缺失。

 

而隨著導(dǎo)航和避障技術(shù)的升級(jí)，如今的掃地機(jī)器人的智能性已經(jīng)有了翻天覆地的變化。掃地機(jī)器人實(shí)現(xiàn)避障與導(dǎo)航的必要條件是環(huán)境感知，在未知或者是部分未知的環(huán)境下需要通過傳感器獲取周圍環(huán)境信息，目前市面上常見的中高端掃地機(jī)器人避障基本都采用到激光雷達(dá)，但如果僅使用激光雷達(dá)作為唯一的一種避障傳感器，是無法在一些復(fù)雜場(chǎng)所勝任避障工作的，必須要為機(jī)器人配備其它的傳感器作為補(bǔ)充，但并不是傳感器越多，越能有效規(guī)避障礙物，而是要找到最適合家庭環(huán)境的避障傳感器。

 

這也是為什么包括科沃斯在內(nèi)的整個(gè)行業(yè)，今年都把掃地機(jī)器人的避障能力作為技術(shù)升級(jí)的重心，這背后的一個(gè)事實(shí)是：盡管掃地機(jī)器人出貨量已經(jīng)從2013年的57萬臺(tái)發(fā)展到2018年的577萬臺(tái)，掃地機(jī)器人變得越來越聰明，然而用戶對(duì)產(chǎn)品也越來越挑剔了。

 

科沃斯認(rèn)為，要推動(dòng)掃地機(jī)器人走入更多的家庭，甚至成為每個(gè)家庭的必需品，除了作為基礎(chǔ)的清潔能力，避障能力的提升是關(guān)鍵因素之一。

 

畢竟，在全面智能化的時(shí)代，人們大概率是沒辦法接受有點(diǎn)“智障”的機(jī)器人的。