TOF相機(jī)是如何測量光子在光源與被測物之間的距離

TOF相機(jī)與普通機(jī)器視覺成像過程也有類似之處，都是由光源、光學(xué)部件、傳感器（TOF芯片）、控制電路以及處理電路等幾部單元組成。這種技術(shù)跟3D激光傳感器原理基本類似，只不過3D激光傳感器是逐點(diǎn)掃描，而TOF相機(jī)則是同時(shí)得到整幅圖像的深度信息。

 

與同屬于非侵入式三維探測、適用領(lǐng)域非常類似的雙目測量系統(tǒng)相比，TOF相機(jī)具有根本不同3D成像機(jī)理。雙目立體測量通過左右立體像對(duì)匹配后，再經(jīng)過三角測量法來進(jìn)行立體探測，而TOF相機(jī)是通過入、反射光探測來獲取的目標(biāo)距離獲取。

 

TOF技術(shù)采用主動(dòng)光探測方式，與一般光照需求不一樣的是，TOF照射單元的目的不是照明，而是利用入射光信號(hào)與反射光信號(hào)的變化來進(jìn)行距離測量，所以，TOF的照射單元都是對(duì)光進(jìn)行高頻調(diào)制之后再進(jìn)行發(fā)射。

與普通相機(jī)類似，TOF相機(jī)芯片前端需要一個(gè)搜集光線的鏡頭。不過與普通光學(xué)鏡頭不同的是這里需要加一個(gè)帶通濾光片來只有與照明光源波長相同的光才能進(jìn)入。同時(shí)由于光學(xué)成像系統(tǒng)具有透視效果，不同距離的場景為各個(gè)不同直徑的同心球面，而非平行平面，所以在實(shí)際使用時(shí)，需要后續(xù)處理單元對(duì)這個(gè)誤差進(jìn)行校正。

作為TOF的相機(jī)的核心，TOF芯片每一個(gè)像元對(duì)入射光往返相機(jī)與物體之間的相位分別進(jìn)行紀(jì)錄。該傳感器結(jié)構(gòu)與普通圖像傳感器類似，但比圖像傳感器更復(fù)雜，它包含2個(gè)或者更多快門，用來在不同時(shí)間采樣反射光線。

因?yàn)檫@種原因，TOF芯片像素比一般圖像傳感器像素尺寸要大得多，一般100um左右。照射單元和TOF傳感器都需要高速信號(hào)控制，這樣才能達(dá)到高的深度測量精度。比如，照射光與TOF傳感器之間同步信號(hào)發(fā)生10ps的偏移，就相當(dāng)于1.5mm的位移。而當(dāng)前的CPU 可到3GHz，相應(yīng)得時(shí)鐘周期是300ps，則相應(yīng)得深度分辨率為45mm。運(yùn)算單元主要是完成數(shù)據(jù)校正和計(jì)算工作，通過計(jì)算入射光與反射光相對(duì)相移關(guān)系，即可求取距離信息。