【導讀】ToF是Time of Flight的簡寫，直譯為飛行時間的意思。所謂飛行時間法3D成像，是通過給目標連續發送光脈衝，然後用傳感器接收從物體返回的光，通過探測光脈衝的飛行（往返）時間來得到目標物距離。

光發射出去後，會被物體反射回來
，並且被相機檢測到。

根據檢測距離的不同，發射的光①與反射回來的光②會有時間差。

由於光速是恒定的，所以距離可以通過這個時間差來進行計算：

目前市麵上的 ToF 產品按技術路線可以分為兩大類：

1. dToF(直接飛行時間，direct-ToF)

2. iToF(間接飛行時間，indirect-ToF)

目前英飛淩采用的是iToF的continuous wave技術路徑：

通過發射特定頻率的調製光
，檢測反射調製光和發射的調製光之間的相位差
，以測量飛行時間。iToF具有整體係統電路相對簡單
、比較容易集成、成本低、分辨率較高等優勢

那麼ToF相機到底由什麼組成

？

ToF相機采用主動光探測，通常包括以下幾個部分：

1
、照射單元

照射單元需要對光源進行脈衝調製之後再進行發射，調製的光脈衝頻率可以高達250MHz（IRS9102 Driver IC）。

因此，在圖像監測距離的過程中，光源會打開和關閉很多次。

如此高的調製頻率和精度隻有采用精良的LED或激光二極管才能實現。目前主流的方案都是使用垂直腔麵發射激光器（VCSEL：Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）

今天主流的VCSEL采用的是人眼不可見的紅外光源。940nm激光或者850nm的激光
，由於人眼的角膜(Cornea)與結膜(Conjunctiva)沒mei有you受shou到dao如ru一yi般ban皮pi膚fu角jiao質zhi層ceng的de保bao護hu，最zui容rong易yi受shou到dao光guang束shu及ji其qi他ta環huan境jing因yin素su的de侵qin襲xi。激ji光guang的de光guang強qiang度du很hen高gao
，以yi致zhi眼yan瞼jian的de反fan射she動dong作zuo產chan生sheng保bao護hu作zuo用yong之zhi前qian，就jiu已yi對dui眼yan睛jing造zao成cheng傷shang害hai了le。

所以若光束太強
，就會傷害視網膜。激光光的高準直性 (Collimation)，使光線能會聚於一個很小的點，在視網膜上約為 10 至20um(比頭發還細）。

因此，400nm到 1400nm之間的激光，對視網膜具有特別高的危險性，這個波段稱為視網膜危險區(Retinal hazard region)。 

由於激光擁有危險性
，因此保證激光的安全性非常重要。英飛淩搭載了REAL3™技術的全係Image Sensor都內置了獨立的硬件激光安全監測電路。以及從軟件層麵
，有著非常嚴苛的配置驗證功能
， 這樣才能從硬件以及軟件兩個方麵，全方位保證激光安全。

2、光學透鏡

yongyuhuijufansheguangxian，zaiguangxuechuanganqishangchengxiang。buguoyuputongguangxuejingtoubutongdeshizhelixuyaojiayigelvguangpianlaibaozhengzhiyouyuzhaomingguangyuanbochangxiangtongdeguangcainengjinru。zheyangzuodemudeshiyizhifeixiangganguangyuanjianshaozaosheng，tongshifangzhiganguangchuanganqiyinwaibuguangxianganraoerguodupuguang。

3、成像傳感器

ToF相機的核心。該傳感器結構與普通圖像傳感器類似
，但比圖像傳感器更複雜：它包含2個或者更多快門，用來在不同時間采樣反射光線。

我們以英飛淩的ToF Sensor為例
，英飛淩ToF技術使用紅外光源就能直接測量每個像素中的深度和幅度信息：攝像頭模組發射調製紅外光到待測物體，或至整個場景
，通過REAL3™ 圖像傳感器
，即ToF成像器捕獲發射光，就得到了原始的3D圖像信息。這時，再通過測量發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，並形成兩張可視化的2D灰階振幅圖與3D深度信息圖，進而為後續的應用驗算提供準確和可靠的數據。

4、控製單元

相機的電子控製單元觸發的光脈衝序列與芯片電子快門的開/閉精確同步。它對傳感器電荷執行讀出和轉換
，並將它們引導至分析單元和數據接口。

AR/VR技術目前已經在家居、機器人等多種領域開始應用

對於AR應用，響應速度是關鍵指標之一
，當從人的前庭感到運動到眼睛看到相應圖像的時間差超過20ms時，人就會感到暈眩，除去顯示和係統計算的時間，攝像頭成像時間需要低於10ms。

目前3D成像和傳感器模組包括ToF、雙目測距和結構光三種關鍵技術。雙目測距是模仿人眼的2個2Dchuanganqizuhezaiyiqi，xuyaolianggeyishangdeshexiangtou，ruanjianfuzadugaoqiejingduyiban，dansudujiaoman。jiegouguangjishutongguohongwaiguangjiangdayuejiwangedianzhentoushedaowutishang，yongshuliangpangdadedianzhendedaowutideshenduxinxi，jingdugaodanyouxiaojuliyouxian。

而ToFjishutongguoguangyuandefeixingshijianceliangshenduxinxi，ruanjianjichengdugengdiqiesudugengkuai

，bijiegouguangdecailiaochengbendi
，jinguanqijingduxunyujiegouguang
，danyenenggoumanzurenlianshibie、AR/VR 所需要的精度，集成了高速度和低價格，因此TOF是AR應用的最佳選擇。這也意味著，隨著AR應用市場規模的增長
，核心技術ToF也會隨之增長。

與之前的3D ToF圖像傳感器相比，第六代REAL3 3D ToF圖像傳感器經過專門優化
，可以解決功耗的痛點，從而增強拍照效果和AR/MR功能。該傳感器比前幾代產品能耗降低40%
，從而提高了智能設備的電池使用壽命。這是AR/MR遊戲的關鍵
，例如ToF攝像頭長時間處於開啟狀態。由於具有較高的SoC集成度，因此采用這種新款3D ToF圖像傳感器的攝像頭設計可以將體積對比上一代縮小35%，從而為智能設備設計提供了更大的空間設計的自由度，進而提高了成本效率。新款3D ToF圖像傳感器及係統旨在提供最遠10米的深度數據。完全可以滿足當下的AR/VR的應用距離的要求。

來源：英飛淩

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