提升 RF 造影解析度

簡易的 RF 反射器能在近距離下以極低解析度偵測是否有物體。 就好像單像素影像一樣，可用來偵測是否有東西，但卻無法判斷形狀、大小、距離、活動、速度、加速度或其他任何更詳盡且明確的資訊。 此技術持續成長並且已經運用到多種新的應用中。 簡易的接近雷達可進行盲點偵測，例如讓汽車更加安全。 原本只安裝在車身周圍的一些位置，但現在汽車的防撞技術則納入了環繞雷達，並採用接近偵測，不僅提升便利性也增加安全（例如自動掀門操作）。

但是，應用不僅如此。 若想要路邊停車，就可運用此更高解析度的技術，在軟體中建構 3D 模型。 啟發式演算法（類似 PCB 自動導引）會尋找最佳方式，再由伺服機回饋動作控制功能接管方向盤、煞車和加速器。 這已超越單像素類型感測器的處理能力，因此需要更高解析度的感測器或執行波束控制（或兩者皆備）。

RF 在造影應用中具備可見光下的優勢，而在以處理器為基礎的造影應用中，RF 感測器陣列可取代或增強 CCD 型可見光偵測器。 本文將探討可用於更高解析度 RF 造影的各種技術。 我們將討論各項技術和方式，以及與視訊技術相較之下的優點和缺點。 本文所述之所有零件、規格表、教學內容和開發系統皆可在 DigiKey 網站取得。

從黑暗中浮現

RF 在造影應用中具備可見光下的優勢，而在以處理器為基礎的造影應用中，RF 感測器陣列可取代或增強 CCD 型可見光偵測器。 在以上情況中，系統在建立實境的有限元素「線框架」後，皆會執行以處理器為基礎的造影增強和分析工作。

您可能不知道 RF 接近技術已經應用數十年，默默地監測陰影中的移動。 早期的 PIR 動作偵測器或許有用，但不太可靠。 經常會有誤報的情況，因此業界發展出採用微波脈衝的雙技術系統，可偵測接近或移動的變化。 PIR 與微波感測器兩者必須同時動作，才能將誤報的機率降至最低。

讓這些技術得以廣泛部署的關鍵，就是矽發射器與偵測器的開發，其促成大量生產並省去昂貴的對位或校準需求。 早期的 PIR 偵測器有策略地配置在 PCB 上，促成全球保全系統動作偵測器產品的快速成長。 設計人員很快便瞭解如何補償環境光源條件（圖 1）。

值得注意的是，現代的單位元 PIR 偵測器仍是活躍的可行技術，且會持續具備實用性。 在許多情況下，只要啟用 PIR 即可達成省電目標。 發生警示或喚醒條件的情況時，RF、視訊或微波感測器發射器就會啟動。

圖 1：精密單晶片感測器的問世促成大量生產。 PIR、CCD 陣列、視訊感測器均是如此，RF 感測器亦將如此。 請注意，環境光補償是由硫化鎘光電管達成。

各式各樣的造影方式

絕大多數常見的消費性被動式造影裝置皆使用視訊偵測器做為低成本的感測器元件，運用高速 DSP 處理技術的優勢，呈現人眼無法區分的精密影像細節。 無論是固定視野或是活動反射器技術，皆可讓現代化的高解析度影像感測器擷取影像，並傳送至嵌入式處理器、DSP、FPGA，或是如同 TI 的 SN65LVDS324ZQLR 等專屬影像處理元件。 Cognimem 的 901-3001 等方便的小型視覺感測器評估與開發板，就是開始取得測試影像的理想選擇。

不過，視訊感測器通常屬於被動式。 您可使用 IR 發射器達到低光源影像的擷取，並可使用各種顏色的發射器捕捉更多細節。 不過，掃描若要提升範圍和解析度，通常需要使用 RF 或雷射。

「飛點掃描器」雖然並非全新技術，但仍然非常實用。 其類似傳真機使用的一維線條掃描器、超市使用的條碼掃描器，或是微型投影機使用的二維掃描器。 與視訊光柵掃描類似，雷射會追蹤視野樣式，而簡易的強度偵測器會建立視訊訊號，以供顯示系統對位或是傳送至處理器記憶體進行分析。

早期的雷射印表機和掃描器實際上使用馬達型旋轉六角或八角鏡元件以弧形掃描（圖 2）。 這些原本屬於一維的強度調變波束可為硫化鎘感光鼓充電，在紙張進入碳粉區前傳輸電荷至紙張。 同樣地，將矽晶製程應用於此功能可造就數位光導管技術，其使用微型機電系統 (MEMS) 在晶片上實作活動鏡。

圖 2：支援一維或二維的機械飛點掃描器具有經實證的可靠性和耐用性，適用於條碼讀取器和雷射印表機，並可進行調整以使用波導式 RF 波束。

飛點掃描器採用無強度調變的穩態波束，並且具備對發射器的光學或 RF 波長敏感的偵測器。 進入偵測器的反射訊號會建立視訊訊號，其瞬間強度代表經掃描表面的反射性。 系統會透過此方式，將對應記憶體位址邊界的線路起點與線路終點偵測器進行同步，以在記憶體中自動建構影像。 傳回訊號的所需時間代表範圍。

活動鏡可反射例如光線或 RF 等各種不同的波長，而 Texas Instruments 的 DLP3000FQB 和 DLP4500FQE 等活動鏡單晶片，可分別執行 WVGA 和 WXGA 解析度所需的機電偏轉。 我們瞭解這些零件具備價格競爭性，因為電視製造商會大量使用這些零件。 我們亦瞭解表面塗佈可用於讓表面反射各種不同的波長，而 RF 波束亦可如同其他電磁能源形式般加以反射。

有多種視訊開發與評估系統可用來針對此方法進行測試與原型開發。 請注意，影像頻譜對於處理器和記憶體而言並不重要；影像擷取到記憶體中後，無論來源掃描為 IR、UHF、UV 或伽瑪射線皆可。 記憶體中的強度調變呈現仍會反映真實狀況。

另一項需要留意的是，較低頻率的 RF 比起可見光更能輕鬆偵測接近距離。 較低頻率可偵測相位校準狀況，而可見光則較不易區別。 基於以上原因，較長波長的 RF 與可見光和視訊為基礎的方式相較之下，具備更多優勢。

亦請考量 RF 載波調變頻率可以增添價值。 由於線性調頻模式可輕鬆擷取校準點，因此可簡化反射時間的量測。 此外，變換頻率亦可擷取反射表面的諧振。 不僅如此，音訊與超音波調變亦可重新定位已開發的先進技術。

完善的方法

用於超音波造影的相同技術亦可用於 RF 造影。 在此情況下，發射器可運用超音波調變訊號引導波束散射路徑，而接收器可擷取該路徑，並將資料傳送至高度整合的處理器以迅速擷取細節。

可使用現有的多種單晶片提供助力，包括波束引導，例如 TI 的 LM96570SQE/NOPB 可設定傳輸波束產生器（圖 3）。 可個別或同時在八個通道中啟動高達 80 MHz 的脈衝率，且樣式高達 64 位元，計時解析度為 0.78 ns。 Microchip 的 MD1712FG-G 是極佳的超音波脈衝器範例，其可驅動兩個通道以產生五階波形。

圖 3：先進整合式造影元件的超音波訊號可做為 RF 調變訊號，以繪製 RF 視野圖。 現有的輔助造影晶片能簡化後端影像處理的設計。

同樣地，STMicroelectronics 的 STHV800L 脈衝器具有高達 300 MHz 的頻寬，即使高電壓壓電驅動電路在設計上係搭配壓電傳感器運作，但若由這些零件負責 90% 的高負載作業，設計 RF 級的介面就簡單多了。 八通道 STEVAL-IME009V1 是學習、測試此技術並進行實驗的快速方便選擇。

因此，您可使用多種超音波影像裝置快速製作原型並輕鬆耦合至 RF 級。 只要您已在記憶體中建構影像，就已經完成更高解析度 RF 造影的許多基本工作。

架設天線

您亦可使用其他多種波束引導技術而無需使用活動零件，採用天線元件就可達到指向微調的敏感度或波束控制方向。 如此一來就可讓您設計和實作 RF 飛點掃描器發射器，以及高增益指向編程天線。

若具有網狀網路，則可使用另一種技術偵測動作和移動。 此技術稱為斷層射影動作偵測，可在無線電波於網狀網路眾節點之間傳送時感測干擾現象。 這些系統可穿透牆壁和障礙物進行感測，因此可輕鬆偵測整個區域。

可調整 RF 發射器頻率，使其穿透霧氣（視訊型系統的罩門）並穿透表面（例如 RF 螺柱定位器），以在眾多區域中執行更多活動。

若要進一步瞭解此文章所述之零件，請使用本文所提供的連結進入 DigiKey 網站的產品頁面。