Tecnologia Time-of-Flight per 3D Imaging: Low-Cost oppure no?

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Mariangela Borghi
7 anni fa
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1 Trento, 8 e 9 Marzo 2012 Tecnologia Time-of-Flight per 3D Imaging: Low-Cost oppure no? Leonardo Gasparini, David Stoppa Smart Optical Sensors and Interfaces Center for Materials and Microsystems Fondazione Bruno Kessler (FBK) Trento, Italy

2 Sommario 1. Introduzione 3D Imaging e applicazioni Tecniche 2. Triangolazione vs Time-of-Flight Le tecniche a confronto Microsoft Kinect vs FBK QVGA 3D sensor 3. Confronto tra le tecnologie 150 vs 3000? L'evoluzione negli anni Il mercato di oggi 4. ed il mercato di domani? 5. Conclusioni 2

3 Introduzione Depth Imaging Viviamo in un mondo a 3 dimensioni Abbiamo una percezione 3D 2D f(x;y)=(intensità) f(x;y)=(intensità, Distanza) 3

4 Introduzione Applicazioni Sorveglianza e sicurezza Navigazione automatica Gaming Virtual reality Controllo industriale Ambient assisted living Beni culturali Biometria 4

5 Introduzione Tecniche Interferometria Precisione ~ 100 nm Applicazioni industriali ad alta precisione Triangolazione Precisione ~ 1 cm Applicazioni gaming/interazione uomo-macchina Time-of-Flight (ToF) Precisione ~ 1 mm 1 cm Applicazioni industriali 5

6 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect Principio Triangolazione 6

7 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect Principio Triangolazione 7

8 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect Principio Triangolazione 8

9 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect Principio Triangolazione Luce strutturata 9

10 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect Principio Triangolazione Luce strutturata 10

11 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect Principio Triangolazione Luce strutturata 11

12 Triangolazione vs ToF FBK QVGA Depth Imager Principio Time-of-Flight 12

13 Triangolazione vs ToF FBK QVGA Depth Imager Principio Time-of-Flight Misura Δφ Processo di demodulazione In-Pixel Segnale ricevuto Segnale trasmesso Segnale demodulato Sistema a 3 incognite Necessarie min 3 acquisizioni 13

14 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect Hardware PS1080 Emettitore Infra-Rosso Laser Elementi Diffrattivi Ottici Risoluzione VGA Imager CMOS RGB ASIC by PrimeSense Imager CMOS ad alta sensibilità per l'infrarosso 14

15 Triangolazione vs ToF FBK QVGA Depth Imager Hardware Processore standard Emettitore Infra-Rosso LED Emissione di luce modulata Imager CMOS Con demodulatore In-Pixel 15

16 Confronto tra le tecnologie 150 vs 3000? Kinect ToF-based Illuminatore Infra-Rosso Laser con elementi diffrattivi ottici LED Poca (?) potenza trasmessa Molta potenza trasmessa Sensore CMOS Infra-Rosso Tecnologia dedicata Tecnologia standard Pixel grandi Pixel con demodulatore Processore Elevata complessità computazionale Bassa complessità computazionale Mole di dati limitata Mole di dati elevata Processore parallo dedicato Processore general purpose 16

17 Confronto tra le tecnologie 150 vs 3000? Kinect ToF-based Illuminatore Infra-Rosso Laser con elementi diffrattivi ottici LED Poca (?) potenza trasmessa Molta potenza trasmessa Sensore CMOS Infra-Rosso Tecnologia dedicata Tecnologia standard Pixel grandi Pixel con demodulatore Processore Elevata complessità computazionale Bassa complessità computazionale Mole di dati limitata Mole di dati elevata Processore parallo dedicato Processore general purpose Questo punto di vista non giustifica una tal differenza di prezzo!!! LA DIFFERENZA STA NEL TARGET DI MERCATO 17

18 Confronto tra le tecnologie L'evoluzione negli anni Kinect Sviluppato negli anni 2000 Lanciato a fine 2010 per il mercato dei video-giochi Problema: potenza di calcolo dei processori Il prezzo, prima che le prestazioni Time-of-Flight Sviluppato negli anni 90 (MESA Imaging) Problema: tecnologia costosa Pensato per mercato industriale Prestazioni, a qualsiasi costo 18

19 Il mercato di... Oggi Triangolazione Microsoft + PrimeSense PMD ASUS + PrimeSense Gaming Prezzo Fotonic Industriale Prestazioni MESA SoftKinetic Time-of-Flight Panasonic 19

20 Il mercato di... Domani Automotive Dispositivi portatili 20

21 Il mercato di... Domani Automotive Dispositivi portatili 21

22 Il mercato di... Domani Automotive Vincitore prezzo + basso affidabilità basso consumo dimesioni ridotte tempi rapidi Dispositivi portatili 22

23 Il mercato di... Domani Automotive Sfide tecnologia CMOS Std immunità a luce ambiente alta risoluzione alta sensibilità pixel piccolo Dispositivi portatili 23

24 Conclusioni Abbiamo visto: Tecnologie Mercato Kinect di Microsoft: CMOS standard, processore dedicato Depth sensor di FBK: CMOS standard, pixel speciale Consumer è il futuro Può ToF essere Low-Cost? Per la tecnologia sì, anche se ci sono alcuni problemi da risolvere Per l'interesse degli attori in gioco sì Vince chi risolve prima e meglio i problemi tecnologici 24

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