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Tecnologia Time-of-Flight per 3D Imaging: Low
Low Cost 3D 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 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 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 2 Introduzione Depth Imaging ● Viviamo in un mondo a 3 dimensioni ● Abbiamo una percezione 3D 2D f(x;y)=(Intensità) 09 Marzo 2012 f(x;y)=(Intensità, Distanza) Low Cost 3D 3 Introduzione Applicazioni ● Sorveglianza e sicurezza ● Navigazione automatica ● Gaming ● Virtual reality ● Controllo industriale ● Ambient assisted living ● Beni culturali ● Biometria 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 4 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 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 5 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect ● Principio Triangolazione 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 6 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect ● Principio Triangolazione 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 7 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect ● Principio Triangolazione 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 8 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect ● Principio Triangolazione Luce strutturata 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 9 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect ● Principio Triangolazione Luce strutturata 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 10 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect ● Principio Triangolazione Luce strutturata http://en.wikipedia.org/wiki/File:1-stripesx7.svg 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 11 Triangolazione vs ToF FBK QVGA Depth Imager ● Principio Time-of-Flight 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 12 Triangolazione vs ToF FBK QVGA Depth Imager ● Principio Time-of-Flight Misura Δφ Processo di demodulazione In-Pixel Segnale ricevuto Segnale trasmesso 09 Marzo 2012 Segnale demodulato Low Cost 3D Sistema a 3 incognite ↓ Necessarie min 3 acquisizioni 13 Triangolazione vs ToF Microsoft Kinect ● Hardware PS1080 Emettitore Infra-Rosso Laser Elementi Diffrattivi Ottici Risoluzione VGA 09 Marzo 2012 Low Cost 3D Imager CMOS RGB ASIC by PrimeSense Imager CMOS ad alta sensibilità per l'infrarosso 14 Triangolazione vs ToF FBK QVGA Depth Imager ● Hardware Processore standard Emettitore Infra-Rosso LED Emissione di luce modulata Imager CMOS Con demodulatore In-Pixel 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 15 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 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 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 Questo punto di vista non giustifica una tal differenza di prezzo!!! LA DIFFERENZA STA NEL TARGET DI MERCATO 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 17 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 09 Marzo 2012 Prestazioni, a qualsiasi costo Low Cost 3D 18 Il mercato di ... Oggi Triangolazione Microsoft + PrimeSense PMD ASUS + PrimeSense Gaming ↓ Prezzo Fotonic Industriale ↓ Prestazioni MESA SoftKinetic Time-of-Flight Panasonic 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 19 Il mercato di ... Domani Automotive Dispositivi portatili 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 20 Il mercato di ... Domani Automotive Dispositivi portatili 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 21 Il mercato di ... Domani Automotive Vincitore prezzo + basso ● affidabilità ● basso consumo ● dimesioni ridotte ● tempi rapidi ● Dispositivi portatili 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 22 Il mercato di ... Domani Automotive Sfide tecnologia CMOS Std ● immunità a luce ambiente ● alta risoluzione ● alta sensibilità ● pixel piccolo ● Dispositivi portatili 09 Marzo 2012 Low Cost 3D 23 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? 09 Marzo 2012 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 Low Cost 3D 24
