3D技术触手可及
飞行时间技术作为成本敏感型3D应用的关键技术
Nion 是 IDS 自主研发的首款 3D 相机，旨在为用户提供一种经济实惠的 3D 数据采集入门方案。因此，它与高精度领域的现有解决方案（例如 Ensenso 立体视觉相机）形成了互补。onsemi的深度传感器采用间接飞行时间技术，可提供高分辨率的深度数据，并在室内外光线变化的条件下仍能稳定可靠地工作。这使得 Nion 特别适合那些需要可靠的深度数据，但又无需传统高端 3D 系统复杂性的工业应用。在本文中，IDS公司3D视觉产品经理帕特里克·希克（Patrick Schick）阐述了Nion背后的背景及技术决策，介绍了iToF技术的应用场景，并重点介绍了其典型的应用领域。
IDS 使用 Nion进军iToF 3D领域
多年来，IDS凭借其Ensenso立体视觉相机，一直是3D领域的领先企业。Nion 正通过推出自家入门级飞行时间（ToF）相机来扩展这一产品线。
帕特里克·希克：“凭借Nion，我们正有意识地进军一个新的细分市场。当需要最高的数据质量和深度精度时，Ensenso 仍是我们的首选解决方案。Nion 专为那些需要稳定深度数据，但无需复杂 3D 测量系统所具备的全部精度的应用而设计。这款相机完善了该品牌在低价位段的产品线，为希望以实用且灵活的方式体验3D功能的用户提供了选择。”
iToF技术在3D图像处理中的作用
间接飞行时间传感器（iToF）通过测量调制后发射光与反射光之间的相位差来测定距离。与许多直接测量光脉冲传播时间的ToF方法相比，该方法具有更高的精度和分辨率。iToF传感器常用于工业自动化、机器人技术和3D扫描领域。
帕特里克·希克：“对我们而言，iToF是3D产品组合中顺理成章的补充。该技术具有高空间分辨率，即使在移动过程中也能稳定运行。它能够实时生成深度信息，而无需在传感器外部进行复杂的计算。这正是许多工业应用所需要的：既可靠又易于使用的深度数据。”
Nion 采用了一款集成了深度采集功能的现代 iToF 传感器
本系统采用的onsemi Hyperlux系列AF0130传感器具备120万像素的XY分辨率，且得益于高达200 MHz的调制频率，还提供了高深度分辨率。此外，该传感器会在将所有图像同时读出之前，先在传感器内部捕获iToF所需的四张相位图像。
帕特里克·希克：“我们选择Hyperlux传感器，是因为它同时满足了多项要求。该传感器分辨率达1280×960像素，数据密度是标准VGA ToF相机的四倍，可在传感器内部直接处理深度信息，并能有效抑制环境光。宽广的调制频率范围使得该设备能够覆盖从近距离到较远工作距离的各种距离。这意味着我们能够提供一款在各种场景下都能呈现可靠成像效果的相机。”
动态场景中的运动稳健深度估计
Nion 的一个关键特点是其运动模糊极低。这对物流、输送技术或涉及旋转部件的应用尤为重要。这是因为运动模糊会导致深度值不稳定。
帕特里克·希克：“为了获取深度信息，iToF 传感器需要同一场景的多张相位图像。在许多飞行时间（ToF）相机中，这些相位图像会依次曝光，并从传感器中逐一读取。这些曝光之间有时间间隔。如果物体在此期间发生位移，相位图像将不再完全吻合。相机根据不再对齐的图像数据来计算深度。这导致整个景深范围内都出现模糊。在 Nion 的 onsemi Hyperlux 传感器中，所有相位图像都会在传感器内部进行缓冲，然后以单个数据块的形式读出。因此，这些曝光过程几乎可以不间断地进行。这确保了即使物体在图像中快速移动，图像也能保持对齐，且深度值保持稳定。”
在光线变化中保持稳定：适用于室内和室外使用。
Nion 专为室内和室外使用而设计。这是基于iToF传感器在940 nm波长范围内的高光谱灵敏度，并结合了相同波长范围内的合适激光光源。
帕特里克·希克：“Nion的工作波长位于940纳米左右，因此对阳光以及许多主要工作在其他波长范围的人造光源的敏感度要低得多。这对物流中心、生产车间或室外区域而言至关重要。用户无需安装复杂的防护罩或外壳即可获取可用数据。在这些场景中，相机能生成稳定的深度图像，这些图像可立即进行分析。”
Nion 典型应用场合
Nion 适用于广泛的工业应用领域。该相机可在包含不同距离、物体大小和运动的场景中提供深度信息。它作为一套全能的飞行时间（ToF）系统运行，因此适用于任何需要灵活且可靠的3D扫描的环境。
帕特里克·希克：“物流是一个主要问题。此处的目的是在不影响正常运行的情况下，对物体进行检测、跟踪或测量。该相机能够检测包裹及其他货物，无论其尺寸或距离如何，且在移动过程中也能稳定运行。诸如液位监测或存在检测等应用也备受关注。在许多情况下，可以保留现有的二维流程，并在必要时补充深度数据，只要这有助于流程中的决策。”
轻松集成到您的系统中：
对于工业应用而言，与现有软件环境的集成至关重要。Nion 符合 GigE Vision 标准，并已完全集成到 IDS 软件环境中。
帕特里克·希克：“我们想要一款3D相机，使用起来就像标准的工业相机一样。Nion 符合 GigE Vision 标准，并已完全集成到我们的 IDS peak 软件中。这意味着用户无需任何专业的小众解决方案，只需付出极少的努力，即可将相机集成到现有的工具和应用程序中。此外，与其他 IDS 2D 相机一样，Nion 已完全集成到 IDS peak cockpit 中。这大大降低了入门3D所需的精力。”
与高精度3D技术的区别
市场上有多种3D解决方案，其中包括Ensenso等主动式立体视觉系统，这类系统能提供最高精度的测量。然而，Nion的设计初衷是用于其他应用场景。
帕特里克·希克：“在处理最细微的细节、追求最高的深度精度以及应对复杂的测量任务时，Active Stereovision 等高精度 3D 技术是最佳选择。Nion 的定位有所不同。该相机旨在以极具吸引力的价格提供可靠的深度数据，并明确侧重于易用性和集成性。它并非要取代高端3D系统，而是在应用需要可靠（尽管精度不高）的深度信息时，为现有方案提供补充。”
3D产品系列的进一步开发
Nion的设计初衷是成为全新3D产品系列中的首个产品。IDS 计划向多个方向拓展。
帕特里克·希克：“我们刻意放慢了Nion的发布节奏，对原型机进行了测试，并收集了大量反馈。这一经验也被融入到其他模型中。可以设想推出具备更宽广视野、多相机功能或额外功能的机型。我们的目标是打造一个能够满足所有需求、并为客户提供符合其需求的解决方案的3D产品系列。”
工程师海科·塞茨自2001年起在IDS公司任职。在相机软件领域担任开发人员多年后，他现任IDS产品营销经理，负责技术传播工作。凭借其丰富经验，他架起了复杂技术与实用知识传递之间的桥梁——例如通过技术文章、网络研讨会或讲座等形式。
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