詳解奧比中光深度感應(yīng)器工作原理

紅外線感應(yīng)器

紅外智能節(jié)電開關(guān)是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制產(chǎn)品，當(dāng)有人進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)，專用傳感器探測(cè)到人體紅外光譜的變化，自動(dòng)接通負(fù)載，人不離開感應(yīng)范圍，將持續(xù)接通；人離開后，延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載。人到燈亮，人離燈熄，親切方便，安全節(jié)能，更顯示出人性化關(guān)懷。

紅外線感應(yīng)器是根據(jù)紅外線反射的原理研制的，屬于一種智能節(jié)水、節(jié)能設(shè)備。包括感應(yīng)水龍頭、自動(dòng)干手器、醫(yī)用洗手器、自動(dòng)給皂器、感應(yīng)小便斗沖水器、感應(yīng)便器。

這是標(biāo)準(zhǔn)的稱呼，也有稱為熱紅外人體感應(yīng)器。

原理

這種是通過(guò)紅外線反射原理，當(dāng)人體的手或身體的某一部分在紅外線區(qū)域內(nèi)，紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線由于人體手或身體摭擋反射到紅外線接收管，通過(guò)集成線路內(nèi)的微電腦處理后的信號(hào)發(fā)送給脈沖電磁閥，電磁閥接受信號(hào)后按指定的指令打開閥芯來(lái)控制頭出水；當(dāng)人體的手或身體離開紅外線感應(yīng)范圍，電磁閥沒(méi)有接受信號(hào)，電磁閥閥芯則通過(guò)內(nèi)部的彈簧進(jìn)行復(fù)位來(lái)控制的關(guān)水。

紅外線

在光譜中波長(zhǎng)自0.76至400微米的一段稱為紅外線，紅外線是不可見光線。所有高于絕對(duì)零度（-273.15℃）的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線?，F(xiàn)代物理學(xué)稱之為熱射線。醫(yī)用紅外線可分為兩類：近紅外線與遠(yuǎn)紅外線。

太陽(yáng)光譜

紅外線是太陽(yáng)光線中眾多不可見光線中的一種，由德國(guó)科學(xué)家霍胥爾于1800年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射，他將太陽(yáng)光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計(jì)，試圖測(cè)量各種顏色的光的加熱效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，位于紅光外側(cè)的那支溫度計(jì)升溫最快。因此得到結(jié)論：太陽(yáng)光譜中，紅光的外側(cè)必定存在看不見的光線，這就是紅外線。也可以當(dāng)作傳輸之媒介。太陽(yáng)光譜上紅外線的波長(zhǎng)大于可見光線，波長(zhǎng)為0.75～1000μm。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長(zhǎng)為（0.75-1）～（2.5-3）μm之間；中紅外線，波長(zhǎng)為（2.5-3）～（25-40）μm之間；遠(yuǎn)紅外線，波長(zhǎng)為（25-40）～l000μm 之間。

真正的紅外線夜視儀是光電倍增管成像，與望遠(yuǎn)鏡原理完全不同，白天不能使用，價(jià)格昂貴且需電源才能工作。

近紅外線或稱短波紅外線，波長(zhǎng)0.76～1.5微米，穿入人體組織較深，約5～10毫米；遠(yuǎn)紅外線或稱長(zhǎng)波紅外線，波長(zhǎng)1.5～400微米，多被表層皮膚吸收，穿透組織深度小于2毫米。

發(fā)展過(guò)程

自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠按照人的設(shè)計(jì)，在人不參與的情況下完成一定的任務(wù)。其關(guān)鍵就在于反饋的引入，反饋實(shí)際上是把系統(tǒng)的輸出或者狀態(tài)，加到系統(tǒng)的輸入端與系統(tǒng)的輸入共同作用于系統(tǒng)。系統(tǒng)的輸出狀態(tài)實(shí)際上是各種物理量，他們有的是電壓，有的是流量、速度等。這些量往往與系統(tǒng)的輸入量性質(zhì)不同，并且取值的范圍也不一樣。所以不能與輸入直接合并使用，需要測(cè)量并轉(zhuǎn)化。感應(yīng)器正是起這個(gè)作用，它就像是控制系統(tǒng)的眼睛和皮膚，感知控制系統(tǒng)中的各種變化，配合系統(tǒng)的其他部分共同完成控制任務(wù)。

人類為了從外界獲得信息，必須借助于感覺(jué)器官。但是人的感覺(jué)器官并不是萬(wàn)能的，要想獲得更為豐富的信息，進(jìn)一步研究自然現(xiàn)象和制造勞動(dòng)工具，人的感官顯得很是不夠了。作為一種代替人的感官的工具，感應(yīng)器的歷史比近代科學(xué)的出現(xiàn)還要古老。天平作為測(cè)重的工具在古埃及就開始使用了，一直沿用到現(xiàn)代。利用液體膨脹特性的溫度測(cè)量在十六世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)。以電學(xué)的基本原理為基礎(chǔ)的感應(yīng)器是在近代電磁學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，但是隨著真空管和半導(dǎo)體等有源元件的可靠性的提高，這種類型的感應(yīng)器得到了飛速發(fā)展，談到感應(yīng)器大都指有電信號(hào)輸出的裝置。

應(yīng)用

紅外智能節(jié)電開關(guān)是一種高科技產(chǎn)品，它的性能穩(wěn)定，真正做到了既節(jié)能又環(huán)保，可以說(shuō)是聲光控產(chǎn)品的完美替代產(chǎn)品。它是通過(guò)人體輻射、能自動(dòng)快速開啟各種燈具、防盜報(bào)警器、自動(dòng)門等各種設(shè)備。特別適用于中、高級(jí)賓館、公寓、企事業(yè)單位、商場(chǎng)、過(guò)道、走廊等。觸發(fā)方式為一次觸發(fā)及連續(xù)觸發(fā)。

測(cè)到人體紅外光譜的變化，自動(dòng)接通負(fù)載，人不離開感應(yīng)范圍，將持續(xù)接通；人離開后，延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載。人到燈亮，人離燈熄，親切方便，安全節(jié)能，更顯示出人性化關(guān)懷。紅外智能節(jié)電開關(guān)由于觸發(fā)的時(shí)候不需要人發(fā)出任何聲音，而是人走過(guò)時(shí)身體向外界散發(fā)紅外熱量最終控制燈具的開啟，當(dāng)人離開后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延時(shí)，自動(dòng)熄滅。因?yàn)椴煌诼暪饪責(zé)?，不需要聲音?a target="_blank">開關(guān)控制，從而避免了聲控噪音的侵?jǐn)_，同時(shí)因?yàn)樗歉袘?yīng)人體熱量控制開關(guān)，所以避免了無(wú)效電能的損耗，達(dá)到節(jié)能效果。

現(xiàn)在的公共場(chǎng)所照明（比如公共走廊及樓梯間）應(yīng)用最多的還是幾年前出現(xiàn)的聲光控延時(shí)燈具和開關(guān)。這種燈具和開關(guān)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了人來(lái)燈亮，人走燈滅，已成為公共場(chǎng)所照明開關(guān)的主流產(chǎn)品。當(dāng)然，這種產(chǎn)品在某種程度上說(shuō)確實(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的，但同時(shí)也給人們的生存環(huán)境造成了一定的破壞。由于產(chǎn)品本身性能的限制，這種聲光控?zé)艟吆烷_關(guān)自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)需要（超過(guò)60分貝）聲音的配合，這就給大眾需要的安靜環(huán)境造成一定的噪聲污染。 隨著社會(huì)的發(fā)展和人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視，這種聲光控?zé)艟吆烷_關(guān)已慢慢不能滿足人們的需要，這就要求更加節(jié)能和環(huán)保的自動(dòng)照明控制產(chǎn)品的出現(xiàn)，以滿足人們對(duì)高質(zhì)量生活的需求。 紅外智能節(jié)電開關(guān)是以成熟的紅外感應(yīng)技術(shù)為平臺(tái)，加入更多的高新技術(shù)元素而形成的一種具有廣闊市場(chǎng)前景的高科技產(chǎn)品，它的出現(xiàn)彌補(bǔ)了聲光控技術(shù)的缺陷，它的自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)不需要聲音和其他會(huì)給環(huán)境造成影響的條件的配合，而是人走過(guò)時(shí)身體向外界散發(fā)紅外熱量最終實(shí)現(xiàn)它的自動(dòng)控制功能。 同時(shí)，由于它融入了更多更先進(jìn)的高科技元素，更節(jié)能，更環(huán)保。

Astra設(shè)備中3D深度感應(yīng)模塊所使用的技術(shù)稱為光編碼技術(shù)（Light Coding），這是一種 光學(xué)式技術(shù)。其本質(zhì)就是產(chǎn)生一張紅外激光編碼圖（IR Light Coding Image），透過(guò)紅外線投影機(jī)打到空間中，也就是用紅外線發(fā)出發(fā)射前經(jīng)過(guò)編碼后，肉眼不可見的紅外線斑，打到空間中，使得空間中被加上標(biāo)記，由于散斑具有高度的隨機(jī)性，因此空間中任何兩處的散斑都會(huì)是不同的圖案。接收器在截取空間中的紅外線影像后，把影像交給orbbec芯片進(jìn)行計(jì)算，算出深度圖。

把這個(gè)技術(shù)放到客廳這樣的場(chǎng)景中，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是Astra設(shè)備通過(guò)紅外激光源（IR Light Source）發(fā)出有編碼的紅外激光，這串激光打到中的場(chǎng)景內(nèi)的物體上之后，也就是所說(shuō)的場(chǎng)景被這種不可見的已編碼的紅外激光給標(biāo)記過(guò)了，而后接收器（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的CMOS感應(yīng)器）接收到返回來(lái)的紅外激光，并把接收到的信息交給Orbbec芯片進(jìn)行處理，最后把結(jié)果返回給應(yīng)用程序前臺(tái)，也就形成了我們所看到的場(chǎng)景深度圖像（Scene Depth Image）

在Astra設(shè)備中，Orbbec芯片計(jì)算場(chǎng)景中不同處的距離所采用的方法涉及一種 散斑的概念，所謂散班就是當(dāng)相干光從粗糙表面反射或從含有散射物的介質(zhì)內(nèi)部后向散射或透特射時(shí)會(huì)形成不規(guī)則的強(qiáng)度分布，出現(xiàn)隨機(jī)分布的斑點(diǎn)，這些隨機(jī)分布的斑點(diǎn)就稱為散斑（LaserSpeckles）。 粗糙表面和介質(zhì)中散射子可以看做是由不規(guī)則分布的大量面元構(gòu)成，相干光照射時(shí)，不同的面元對(duì)入射相干光的反射或散射會(huì)引起不同的光程差，反射或者散射的光波動(dòng)在空間相遇時(shí)會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，當(dāng)數(shù)目很多的面元不規(guī)則分布時(shí)，可以觀察到隨機(jī)分布的顆粒狀結(jié)構(gòu)的圖案。（下圖為散斑圖效果）

散斑這種光學(xué)效果還有一個(gè)最重要的特點(diǎn)，就是具有高度的隨機(jī)性，而隨著距離的不同會(huì)出現(xiàn)不同的圖案，也就是說(shuō)，在同一空間中任何兩個(gè)地方的散斑圖案都不相同。只要在空間中打開出這樣的光并加以記憶，就等于是在整個(gè)空間中做了標(biāo)記，然后把一個(gè)物體放入這個(gè)空間中根據(jù)物體散斑的變化就可以知道物體的位置。 Astra設(shè)備中所使用的光源標(biāo)定方法也是根據(jù)這樣的原理設(shè)計(jì)的，每隔一段距離取一個(gè)參考平面，把參考平面上的散斑圖案記錄下來(lái)，根據(jù)比對(duì)接收器接收到的散斑圖案，來(lái)判斷該散斑點(diǎn)的具體位置。 根據(jù)Astra設(shè)備中深度感應(yīng)器的一些設(shè)備原理，再結(jié)合實(shí)際場(chǎng)景來(lái)分析一下Astra設(shè)備的工具情形。

以抓取客廳中的人物為例，通過(guò)Astra設(shè)備上的IR Light Source向客廳空間發(fā)射出已經(jīng)編碼的紅外線激光，這些紅外線激光 打到人的身上，并形成散斑，也就是對(duì)人物 的位置進(jìn)行了標(biāo)定，這些光線經(jīng)過(guò)散射之后被Astra設(shè)備上的感應(yīng)設(shè)備感知到，也就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的CMOS感應(yīng)器。感應(yīng)器將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)，交給Astra設(shè)備中的Orbbec芯片，芯片內(nèi)部根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出場(chǎng)景中的人物圖像位置，并標(biāo)定人物 深度位置，生成一張立體的深度圖像，通過(guò)USB傳送給PC設(shè)備。