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传感器

TI毫米波传感器全面覆盖工业自动化、自动驾驶与安防市场

  2019年05月20日  

  ADAS无人驾驶的兴起,催生了传感器的需求,据相关统计,2018年全球毫米波雷达需求突破20亿美元,同时毫米波雷达在工业和安防领域也正在迎来自己的春天,增量市场正在呈现多元化的态势。

  在4月举办的TI德州仪器工业月活动上,德州仪器中国嵌入式产品系统与应?#31859;?#30417;蒋宏向本站记者展示其毫米波雷达方面的相关应用,相比3D TOF和视觉成像等光学?#38469;酰?#27627;米波雷达覆盖范围更远,拥有更强的穿透力,在中远距离以及移动物体内识别方面具有一定优势,且同一应用中安装数量相对较少,改进后的毫米波能够适合大范围内的多点识别类的应用,目前TI德州仪器公司已将毫米波传感器导入至工业,汽车与安防市场。

  TI毫米波的优势

  仔细观察?#31361;?#21457;现,自动驾驶市场对于毫米波的发展起到了推波助澜的作用,毫米波最大的特点?#23884;?#36816;动的物体敏感,轻微的运动,亦可快速被探测到。相比图像处理,毫米波更加节约计算资源,据蒋总监介绍,TI芯片有硬件加速,配合片内的DSP直接将噪音背景都过滤掉。关键提取信息一般会提前预设。

  通过多维度的衡量,比如走路的频?#39542;蚴直?#25670;动幅度,TI毫米波芯片可以利用算法提取特征信息,然后分类标定,过滤掉一系列噪声,直接抓取出最终的识别目标。

  先断定是否是人,然后?#30452;鍭或者B。传感器可识别人员数量,人员位置以及更多信息。此外,人和动物都可以进行区分。

  目前ADAS?#38469;?#38750;常依赖于毫米波,并在结构上实施了长短距测量,TI AWR1X和IWR1X传感器产品组合比目前市场上24G毫米波解决方案高出许多倍的感测精度,TI全新毫米波软件开发套件SDK拥有丰富的算法和软件库,可以让工程师在30分钟内开始应用开发工作。TI,的60GHz、77GHz两个频段的毫米波雷达分别对应工业与汽车市场。TI的毫米波芯片可以将雷达的辐射做到了低于我们目前常用的Wi-Fi路由器的水平,同时相比于2.4GHz、5GHz的频段,目前TI的高频段(60Ghz、77Ghz)产品60%以上的辐射会直接被人体表面皮肤反射掉而不会进入人体。

  此外TI毫米波产品频率可穿透石膏板或塑料板,方便放置于在空调内,或者车辆保险杠的内部。不影响终端产品造型美观,避免钻孔。目前的目标市场面主要是ACC(自巡航)、ACW(前向防撞),同时TI也开发了一些新的应用,如?#30340;?#25163;势控制和体征检测,睡眠呼吸频率监测,当驾驶员反常状态的时候,汽车可以达成预防性停驶。

  TI毫米波Demo展示

  现场的Demo展示中,TI面向工业自动化,安防及汽车等行业应用中,以低功耗,长距离,传感融合方案为切入点。视觉系统与毫米波雷达实现优势互补,毫米波抗干扰力强,有极强的穿透力,对动态物体识别速度快,但目标的空间?#23884;确直?#29575;相比摄像?#26041;系?视觉系统空间角?#30452;?#29575;高,但容?#36164;?#20809;照条件等的外界因素影响。结合二者优势的方案则更有利于目标识别。

  机械?#30452;?#26041;案

  机器视觉仅通过光?#24202;?#19981;能够满足焊接电火花环境内的精?#38469;?#21035;,但采用了IWR1642毫米波雷达则完全不受光的影响,演示中的机械臂,曾出现在慕尼黑电子展上,可以探测周围保护人身安全,这些机器极其需要感知周围环?#22330;GV(?#25191;?#26426;械人)需要通过灵敏的感知?#39029;?#36335;径,避免碰到人。

  体征监测

  TI展示了体征检测的应用。通过毫米波侦测呼吸和心跳,以此开发非接触式的仪器,毫米波对于动态的识别非常敏锐,完全可以由此检测非常细微的运动,比如由呼吸和心跳在人胸口表面皮肤产生的即便是很细微的起伏,都可以测出来。TI毫米波芯片针对此类应用,对细微运动的探测精度可以达到微米级,拥?#24515;?#21069;业界非常精准的探测精?#21462;?#30446;前TI主要提供应用的框架,和原?#38469;?#25454;接口。

  户外50M范围人员检测方案

  在夜晚的环境TI毫米波可以检测到50M以外的运动物体,由于光线的限制,视觉系统此时可能已经失去作用。可疑目标一旦接近布防区域,很快?#31361;?#34987;探测。具体应用可根据?#23548;市?#35201;调节从50m到150m不等。

  在安防领域,传感融合更有利于破案,融合摄像头和毫米波可搜集到所有的细节。TI毫米波还具有预警功能,如果发生危险了,不论白天黑夜,都可实现功能。而结合摄像头,可为刑侦提供回放。TI产品可根据需求进行调配,目前支持三发四收,探测距离可以自由设置,根据应用可以选择,如果是家中的庭院,40-50米就可满足,如果在公园或厂矿里做安防,可以设置至150米以外,根据应用对距离的要求进行调节。

  为方便后期神经网络的算法,TI新品将信息进行修剪,然后把有用的维度先提取出来,再做一些特征的选项。

  毫米波点云

  高密度点云输出一般被认为是激光雷达的强项,但其实TI毫米波雷达可以实现这一应用。实现点云可以?#36947;?#20004;侧各放置一个雷达,车辆运动的过程中扫描,一秒钟产生5万个点,10秒钟50万个点。

  蒋总介绍,对目标车辆的最远检测范围一般在300m到260m之间,雨天会?#34892;?#24133;度浮动。相比其它方案毫米波更加可靠,毫米波雷达的成像性能也正在变得越来越强悍。

  单芯片汽车角雷达方案,角雷达方案

  TI展示的角雷达方案,基本探测?#23884;?#20026;水平120度,垂直方向30度毫米波演示探测?#23884;?#26159;根据天线的形状决定(天线的特性)。点云输出是中间数据,使用什么?#23884;?#30340;天线取决于具体应用。

  这常见于无人机上,或一般的车角雷达或边道辅助。目前毫米波的成本已经降低很多,从高端车到中低端车,都可能见到。

  AoP基于集成天线在封装上的TI毫米波传感器芯片

  AoP(Antenna on Package),TI的芯片将天线封装在内部,可以把天线做得更小。对于三发四收的天线,TI把整个芯片的面积压缩到只有指?#35013;?#22823;小。?#19994;?#39046;域比较会?#19981;禩I新推出的AOP天线。TI会把整个设计的?#38469;?#38376;槛降低。使用AOP 芯片,系统BOM成本将变得很低。

  传感融合

  传感融合,是摄像头与雷达二者优势的融合,人员检测,摄像?#26041;?#20154;?#19994;劍?#26694;起来,雷达则给出距离、速度等信息。物体检测时,视觉的维度的信息和雷达维度的信息相融合,会让目标侦测更加准确。举一个最简单的比方,在?#36947;錚?#22914;果用摄像?#33539;?:1的车辆照片识别,如果照片质量足够好,系统可能会认为目标是一辆真车。而毫米波检测的时候先判断是不是金属材料。这样准?#33539;?#23601;提升了。通过提前预设,达到定制化的需求,如果目标只是人,那么可以通过预设过滤掉其他物体。

  融合的需要取决于应用。点云的输出,在芯片里通常有几百个点构成一个人的轮廓,而那些反射点上面的位置、速度XYZ以及加速度信息?#23478;?#32463;在单芯片内处理计算出来了。取决于这些应用的需求,如果这些信息够了,TI毫米波单芯片的点云信息输出就足够用了。

  融合方案VR游?#38450;?#20063;比较?#35270;茫?#24403;动作过快或慢,摄像?#33539;己?#38590;做出很准确的判断。而毫米波因为感知维度多,可以丰富不同的功能。

  级联方案

  TI的级联方案把目标探测的角?#30452;?#29575;提升了,目前可以做到1?#21462;?#22914;果终端产品很小,评估板?#20852;?#29255;同时级联在一起工作,相当于虚拟192根天线,会把整个空间?#30452;?#29575;、?#23884;确直?#29575;提升。级联是四片,是并联在一起工作的。当点,角?#30452;媛式细?#30340;时候,实现成像。当点很多的时候,譬如1000个以上,就可以看出被测物体的轮廓。

  手势检测

  手势检测方案演示,可装在开关后面,或空调里进行手势控制。手势演示用到神经网络,。主要目的?#21069;?#21161;将信息提取出来,将一些有用的维度先提取出来,再做一些特征的选项。

  体征探测

  体征探测方案的演示做的是呼吸和心跳的体征,屏幕显示心跳88?#21361;?#21628;吸22次。

  通过侦测人体位移,即便心跳很微弱TI毫米波也能测试。由于信息频率不一样,从频谱里分析,比如人类的心跳,一般人是50-120次/分钟,呼吸一般是20?#21361;?#25152;有这些信息都可感知出来,做频谱的分析,判别那些属于呼吸的,哪些属于心跳的。

  目前这些方案?#36947;顳MS和智能家居将是主要市场,呼吸和心跳代人的状态。TI毫米波芯片用一颗DSP就可以完成包括手势、人体的检测,目前方案基于600M的DSP。做到了货真价实的单芯片方案。并且在25帧/秒、,功耗维持在1W、2W的水准,如识别距离在5米以内,发射功率继续降低,功?#30446;?#20197;进入更低的水平。

  车厢内人员与方位检测

  ?#35745;?#37324;显示的是雷达“热图信息”的输出,实现车厢内的人员检测,两个座位,如果有人毫米波?#24378;?#20197;检测。而且这里能拿到雷达的原?#38469;?#25454;(热图信息),人到哪里,亮点?#31361;?#36319;随到哪里。这个应用可以防止小孩或宠物落在?#30340;冢?#20174;而避免一些危险情况的发生。

  目前?#21592;?#24066;场上其他方案毫米波在成本及最终应用的效果优势很多,毫米波的探测维度,从距离、速?#21462;?#21152;速度等指标来区别探测目标。对于楼宇内部,TI毫米波可应用于电梯、楼道里,比如电梯轿箱里,检测轿厢里面的进出人数,轿箱的空间大小,还可?#21592;?#21035;人数。安装TI毫米波的轿厢,可以精?#20998;?#36947;电梯余留下多大的空间,可供载乘的人数,并设定在哪一楼层停靠。TI毫米波还可帮助控制速度,替代每一层目前设置的接近传感器。当两个轿箱上下运行时,装毫米波两个传感器就可掌?#29031;?#20010;空间内的运?#20852;?#24230;和位置,从而实现整套系统的简化。

  由于TI RFCMOS?#38469;酰?#20351;毫米波传感器实现了更小的尺寸,成就了更高的集成度,将相关单元ADC,MCU,DSP等实现了高度集成,为开发者预留出更多的设计空间。

标签:TI 毫米波传感器我要反馈
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