什么是TOF？ 浏览次数：223次  最近更新：2020-11-17 16:48:59

TOF是飞行时间（Time of Flight）技术的缩写，即VCSEL激光器发出经调制的近红外光，遇物体后反射，探测器通过计算光线发射和反射时间差或相位差，来换算被拍摄景物的距离，以产生深度信息，此外再结合传统的相机拍摄，就能将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。

TOF技术主要是为了实现3D成像而生，和其竞争的技术包括散斑结构光、编码结构光、双目视觉以及双目结构光等。结构光技术中接收模组需要拍摄到清晰的图案才能计算出深度。而随着距离的增加，投出的图案或出现模糊，或出现亮度能量上的衰减，导致深度图不完整，出现破洞，甚至于失效，所以3D结构光并不适用于远距离深度信息采集。从产品设计上看，结构光的精度和Baseline（投射器和接收模组的距离）关系非常大，Baseline间隔越长，精度就越高。常用的Baseline至少需要保证20mm以上，iPhoneX更是选择了27mm的Baseline。

TOF技术发射的是面光源，在一定距离内光信息不会出现大量的衰减，配合TOF芯片背照式的、大图像尺寸的设计，大幅提升了光线收集率和测距速度，使远距离应用成为可能。这也是TOF可以被用作手机后摄，而结构光无法用作后摄的原因之一。而且TOF就没有Baseline的要求，投射器和接收模组可以紧挨在一起，尺寸上会更加紧凑。

TOF投射器主要包括VCSEL+Diffuser。TOF的VCSEL并不像结构光那样对编码图案有一定要求，只是最常规的规则排列，器件制作上更为简单，可供选择的VCSEL供应商也会更多。结构光的VCSEL需要制作成特定的图案，对图案表现的一致性、器件高温漂移情况、发热表现、耐环境高温等都会有更高的要求，总体来说，对VCSEL供应商的工艺及设计能力以及产品良率上考验更大。TOF的Diffuser的设计制作难度，相对于结构光投射器中的DOE不可同日而语，能稳定供应DOE的厂商全球范围内屈指可数，而Diffuser的生产则表现得更加容易，供货厂商也更多。

TOF最具技术含金量的器件就是TOF芯片，然而TOF芯片和普通的可见光CMOS芯片在基础构造上大同小异。目前芯片资源多来自日本的Sony，还有其他几家日本、美国等供应商。

另外，TOF的核心算法在于深度信息的生成，通常由TOF芯片厂商提供Library，放在手机AP里面调用，算法整体运算量并不大，不需要额外附加处理芯片，对AP本身的硬件能力要求也相对不高。相同的方案和算法Library可供不同的手机厂商采用，移植简单灵活，通用性更广，不像结构光整体移植工程较为庞大，对平台硬件有一定要求，且受制于专利等原因通用性没有那么强。

TOF优点在于可以做到对逐个像素点的深度进行计算，近距离情况下精度可以很高；缺点则在于室外受自然光红外线影响大、测量范围窄（远距离无法保证进度）以及成本较结构光要高。

目前的主流技术TOF技术采用SPAD（single-photonavalanche diode，单光子雪崩二极管）阵列来精确检测并记录光子的时间和空间信息，继而通过三维重构算法进行场景的三维重构。SPAD是一类高灵敏度的半导体光电检测器，被广泛应用于弱光信号检测领域。