【E-Lock】人脸识别低功耗，ToF Sensor 来帮忙

大家好，新一期的“我满分”的系列博文E-Lock 继续更新，今天给大家介绍的是：人脸识别低功耗，ToF Sensor 来帮忙。

近两年，随着技术的演技发展，3D 人脸识别技术逐渐成熟，人脸识别技术以更强的科技感和广泛的应用性，提供非接触的解锁认证方式，越来越多的企业开始采用以人脸识别为主要识别技术的智能门锁产品。人脸识别技术给门锁带来应用便利的同时，也对功耗处理提出了新的要求，如何实现低功耗的处理，是工程师需要解决的问题，本期博文介绍的 ToF Sensor 可以很好地辅助做人脸识别低功耗处理，下面就按老规矩，用 3 个问题的方式给大家介绍。

问题 1 ：什么是 ToF Sensor，关键参数有哪些？

ToF 即 Time of flight，飞行时间。飞行时间技术顾名思义就是说测量光在空中飞行的时间的技术，以此来感测距离，用一个简单的公式来表示：

    ToF Sensor 的测量原理都是一致的，但各 Sensor 厂商使用的光源不一样，探测角度和距离也是不一致的，常见的需要考虑的参数包括有探测距离（Operating Range），采样频率（Sample Rate），视场角（FOV），典型功耗值（Power Consumption），了解这些参数基本可以帮助挑选一颗 ToF Sensor。

问题 2 ：人脸识别和 ToF Sensor 如何结合？

人脸识别智能门锁，为满足长时间的使用需求，趋势上大家越来越多的使用锂电池来升级替代 8 节干电池，基本配置 3000~5000mAh 的锂电池。需要提一句的是，这里提到的 ToF Sensor 的使用不是用于人脸识别模块中镜头当中的 ToF Sensor，而是独立一颗，一般都是在主控锁板上，可以参考如下的框图：

图 1 智能门锁框图

ToF Sensor 在这里的应用主要体现在 2 个方面，一是做人体检测，二是做人脸识别系统的预唤醒。首先说人体检测，在人脸识别门锁中，由于人脸识别模块的功耗大，动态功耗电流能达大几百 mA，一般的处理都是不用的时候直接 power down，节省功耗，通过外部中断来唤醒模块，这个时候就可以考虑使用 ToF Sensor 了，ToF Sensor 的典型功耗在 μA 等级，可节省系统功耗。

另一个功能是预唤醒，我们知道一般的人脸模块跑的是 Linux 系统，由于系统本身启动时间的限制，通常从 power down 到唤醒获取第一帧图像用时在 1~2S 左右，虽然绝对时间不是很长，但大家在设计方案时追求快速启动，在系统启动时间无法继续优化的情况下，可以考虑使用 ToF Sensor 做预唤醒，即在 Sensor 检测到有人，可以提前触发中断，唤醒人脸识别模块，节省系统响应时间，提升用户体验。当然这里也需要提一句，ToF Sensor 如何判断过滤是否只是人员经过，如外卖小哥、扫地阿姨，需要一定的算法支持，Sensor 厂家可以提供相应的过滤算法，支持开发。

问题 3 ：ToF Sensor 如何选型？

到此，大家是不是想问该如何选择一款适合的 ToF Sensor 呢，结合问题1， 下面以TDK 的 ToF Sensor 来举例说明。

图2 TDK CH101 芯片框图

如上图是 TDK CH101 的芯片框图，内部集成有控制器，对外 I2C 接口，收发一体，再关注芯片的典型参数如下，这个表格将问题1中提到的参数均有标出，探测距离（Operating Range），采样频率（Sample Rate），视场角（FOV），典型功耗值（Power Consumption），一句话就是“手册在手，想要的数据全都有”。

表1 TDK CH101 参数

  

当然了，WPI 代理的 ToF Sensor 不止 TDK 一家，我们还有 ams 的产品，下面用一张对比表格来看下我们的 ToF Sensor 产品。

Brand	ams	ams	TDK	TDK
P/N	TMF8805	TMF8820	CH101	CH201
Operating Range	2cm~2.5m	1cm~5m	4cm~1.2m	20cm~5m
Operating Voltage	2.7V~3.3V	2.7V~3.3V	1.62V~1.98V	1.62V~1.98V
Operating Temperature	-30℃~70℃	-30℃~70℃	-40℃~85℃	-40℃~85℃
FOI/FOV	21°FOI	60°FOI/FOV	180°FOV	180°FOV
Package	LGA12 2.2x3.6x1.0mm	LGA12 2.0x4.6x1.4mm	LGA8 3.5x3.5x1.26mm	LGA8 3.5x3.5x1.26mm
Remark	单点	多点
Applications	刷脸支付/智能门锁、非接触开关、测距

表2 ToF Sensor 产品列表

至此，相信大家对 ToF Sensor 的应用有了一个基础的了解，如果想要进一步研究，盘一下 Sensor，欢迎留言来找“我满分”，我们已经做了一批 ToF Sensor 评估板，走过路过不要错过，先来张图做预告，更多方案详细内容请关注后续博文。

 

 

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参考资料：

[1]百度百科-TOF （飞行时间法；时差法）

[2]2019中国智能锁应用与产业白皮书

[3]TDK CH101，CH201 datasheet

[4]ams TMF8805，TMF8820 datasheet