距離測(cè)量和物體檢測(cè)在許多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用，無(wú)論是在工廠自動(dòng)化、機(jī)器人應(yīng)用還是物流中。特別是在安全方面，需要對(duì)特定距離的物體或人員進(jìn)行檢測(cè)和響應(yīng)。例如，一旦工人進(jìn)入其危險(xiǎn)區(qū)域，機(jī)器人手臂可能需要立即停止。

飛行時(shí)間（ToF）為此變得越來(lái)越重要。使用ToF技術(shù)，光從調(diào)制源（例如激光）發(fā)射，然后由傳感器或相機(jī)捕獲從一個(gè)或多個(gè)物體反射的光束。因此，可以通過(guò)發(fā)射光和接收反射光之間的時(shí)間延遲?來(lái)確定距離。時(shí)間延遲與相機(jī)與物體之間距離的兩倍（往返）成正比。因此，距離可以估計(jì)為深度 d = （c × Δt）/2，其中 c 是光速。因此，ToF相機(jī)輸出2D數(shù)據(jù)以及所需的深度信息。

圖1.飛行時(shí)間測(cè)量原理。

ToF允許一次記錄整個(gè)圖像。無(wú)需逐行掃描或傳感器與被觀察物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。ToF通常被歸類為L(zhǎng)IDAR（光檢測(cè)和測(cè)距），但它是基于閃存LIDAR的方法，而不是掃描LIDAR。

使用ToF測(cè)量光脈沖的飛行時(shí)間基本上有兩種不同的方法：基于電荷耦合器件（CCD）技術(shù)的脈沖操作和連續(xù)波（CW）操作。

光脈沖發(fā)射和接收之間的經(jīng)過(guò)時(shí)間是在脈沖模式下測(cè)量的，而發(fā)射和接收調(diào)制光脈沖之間的相移是在CW模式下確定的。兩種操作模式都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。脈沖模式對(duì)環(huán)境光更魯棒，因此更適合戶外應(yīng)用，因?yàn)樵摷夹g(shù)通常依賴于在短積分窗口內(nèi)以非常短的脈沖發(fā)射的高能光脈沖。而CW模式可能更容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楣庠床槐胤浅６蹋哂锌焖偕仙?下降沿。但是，如果精度要求變得更加嚴(yán)格，則需要更高頻率的調(diào)制信號(hào)，并且可能難以實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)有的像素尺寸可實(shí)現(xiàn)高芯片分辨率，不僅可以進(jìn)行距離測(cè)量，還可以實(shí)現(xiàn)物體和手勢(shì)識(shí)別。要測(cè)量的距離范圍從幾厘米（<10厘米）到幾米（<15米）。

不幸的是，并非所有物體都能被檢測(cè)到相同的程度。物體的條件、反射率和速度會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果也可能被霧或強(qiáng)烈陽(yáng)光等環(huán)境因素所偽造。環(huán)境光抑制有助于后者。

ADI公司（ADI）等半導(dǎo)體制造商提供完整的3D ToF系統(tǒng)，以支持3D ToF解決方案的快速實(shí)施。它們將數(shù)據(jù)處理、激光驅(qū)動(dòng)器、電源管理和軟件/固件集成到一個(gè)用于控制電子設(shè)備的單元中。其他組件包括發(fā)射調(diào)頻光信號(hào)的發(fā)射器和記錄反射信號(hào)的檢測(cè)器?？驁D如圖2所示。

圖2.ToF系統(tǒng)框圖。

具有集成深度計(jì)算的模擬前端（AFE）等組件對(duì)想要構(gòu)建此類系統(tǒng)的任何人來(lái)說(shuō)都有很大的幫助。其中，ADDI9036提供此功能。它是一款完整的 CCD ToF 信號(hào)處理器，具有集成半導(dǎo)體激光管驅(qū)動(dòng)器、12 位 ADC 和高精度時(shí)鐘發(fā)生器，可為 CCD 和激光器生成時(shí)序。ADDI9036負(fù)責(zé)處理來(lái)自VGA CCD傳感器的原始圖像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生深度/像素?cái)?shù)據(jù)。

ADI還與設(shè)計(jì)合作伙伴合作，共同提供成品模塊和開發(fā)平臺(tái)。這些評(píng)估系統(tǒng)可用于開發(fā)客戶特定的算法。完成的模塊和平臺(tái)有助于加速開發(fā)，這在工業(yè)和汽車工程等時(shí)間關(guān)鍵型業(yè)務(wù)領(lǐng)域尤為重要。