tof原理介紹 ToF傳感器的優(yōu)缺點

1. 什么是ToF

ToF: Time of flight. 飛行時間。當然這只是一種翻譯的方法，其實ToF是一種測距的方法，通過測量超聲波/微波/光等信號在發(fā)射器和反射器之間的“飛行時間”來計算出兩者之間距離。 能夠?qū)崿F(xiàn)ToF測距的傳感器就是ToF傳感器。ToF傳感器種類很多，使用較多的是通過紅外或者激光進行測距的ToF傳感器。 使用ToF傳感器生成和捕獲的數(shù)據(jù)非常有用，因為它可以提供深度信息，結(jié)合相機，就可以得到3D圖像，這樣就可以進行行人檢測，基于面部特征的用戶身份驗證，使用SLAM（同時定位和映射）算法的環(huán)境映射等等。ToF傳感器廣泛的應用在手機，機器人，智能汽車，AR等各個方面。

2. ToF的原理

ToF傳感器使用微小的發(fā)射器發(fā)射紅外光或者激光，其中產(chǎn)生的光會從任何物體反彈并返回到傳感器。根據(jù)光的發(fā)射與被物體反射后返回傳感器之間的時間差，傳感器可以測量物體與傳感器之間的距離。

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如上圖所示，首先發(fā)射器發(fā)射紅外光，并啟動計時；當紅外光從物體反射回接收器時記錄時間，這樣就測量到了光的“飛行時間”，由于光的速度是已知恒定的，通過下列公司就可以算出傳感器到測量物體的精確距離： （光速x飛行時間）/ 2 實際中的ToF傳感器是一個整列，通過這個陣列，可以測量整個物體表面的距離。

3. ToF 優(yōu)缺點

ToF傳感器的優(yōu)缺點如下表所示：

雖然ToF傳感器有一定局限性，特別是在戶外高強度光照下局限性比較大，但是其突出的優(yōu)點使得ToF傳感器在手機拍照，3D制圖，工業(yè)自動化，障礙物檢測，自動駕駛汽車，農(nóng)業(yè)，機器人技術(shù)，室內(nèi)導航，手勢識別，對象掃描，測量，監(jiān)視到增強現(xiàn)實等等方面都得到了廣泛的應用。

4. ToF傳感器芯片

生產(chǎn)ToF傳感器芯片的廠商比較多，有Sony，Infineon（英飛凌）, ON(安森美), TI, Panasonic, STMicro(意法半導體)，還有汽車ToF的Melexis； 下面介紹一下，Melexis的MLX75027 汽車級 ToF 傳感器；

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MLX75027的特點： 1. VGA(640x480)分辨率，現(xiàn)有的ToF傳感器一般最大分辨率都是VGA; 2. 支持 850 nm 和 940 nm 兩種波長； 3. 每秒多達 135 個距離幀； 4. 集成光源控制，調(diào)制頻率高達 100 MHz 5. MIPI CSI-2 串行攝像頭接口，使用的是DPHY 2/4 lane； 6. 集成溫度傳感器； 其原理和芯片結(jié)構(gòu)圖如下所示:

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如上圖所示，其實ToF傳感器和一般的camera sensor結(jié)構(gòu)比較類似，都是通過感光陣列接收光信號，然后內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號?？刂贫际?a href="http://srfitnesspt.com/tags/i2c/" target="_blank">I2C，輸出一般都是MIPI CSI-2,內(nèi)部自帶PLL。??

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其他廠商的ToF傳感器原理和結(jié)構(gòu)都比較類似，比如英飛凌的ToF傳感器。英飛凌ToF技術(shù)僅使用一個紅外光源就能直接測量每個像素中的深度和幅度信息：攝像頭模組發(fā)射調(diào)制紅外光到待測物體、或至整個場景，通過ToF成像器捕獲發(fā)射光，就得到了原始的3D圖像信息。這時，再通過測量發(fā)射光與接收光之間的幅度值以及相位差，即可“提煉”完整場景的灰度信息以及高度可靠的深度信息。結(jié)構(gòu)如下：

如上圖可以看出，ToF傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)都比較類似，和普通的camera sensor比較類似。

后記

ToF技術(shù)雖然原理簡單，但是應用非常廣泛，而且越來越重要，特別是在AR，自動駕駛領域。雖然還有其他測距成像技術(shù)，比如雙目，3d結(jié)構(gòu)光，但是ToF成像成本低，系統(tǒng)簡單，有其獨特的優(yōu)勢。 技術(shù)很重要，技術(shù)背后的思想更重要！ 技術(shù)背后的某些思想就是你解決以后問題的鑰匙。希望本文對你有一點點幫助。

編輯：黃飛

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