浅析dToF和iToF-程序员宅基地

苹果公司近期正式推出了新款iPad Pro，吸引了不少人的关注。在官方的宣传标语中，有一句话尤其引人关注，“它的Pro级摄像头打通了真实和虚拟的交界”。

新款iPad Pro搭载的Pro级摄像头不仅包含了全新的超广角摄像头，还包含了一款激光雷达扫描仪。该扫描仪利用dToF技术，结合运动传感器和iPadOS内的架构，可以进行深度测量，为增强现实及更广泛的领域开启无尽可能。

那么dToF是什么呢，它和我们之前市面上已有的iToF又有什么不同呢？

本文将会介绍dToF和iToF的成像原理，对比分析dToF和iToF两者的差异性，带领大家了解一下ToF领域。

一、ToF是什么？

首先，让我们先来了解一下ToF的基本概念。

Time-of-Flight(ToF)，顾名思义，是一种利用光飞行时间的技术。接触过3D视觉的读者应该知道，ToF和结构光、双目立体视觉是近年来三种主流的3D成像方式。ToF向场景中发射近红外光，利用光的飞行时间信息，测量场景中物体的距离。ToF相比较另外两种3D成像方式，深度信息计算量小，抗干扰性强，测量范围远。种种优势推动了ToF在机器人、交互以及其他工业领域中的应用。尤其是在移动端，已有多品牌手机，比如华为、OPPO、苹果，将其用于手机后置摄像。

二、dToF和iToF

了解了ToF的概念之后，让我们再来深入了解一下两类ToF的基本成像原理，也就是文章标题中提到的iToF和dToF。

dToF，全称是direct Time-of-Flight。顾名思义，dToF直接测量飞行时间。dToF核心组件包含VCSEL、单光子雪崩二极管SPAD和时间数字转换器TDC。Single Photon Avalanche Diode(SPAD)是一种具有单光子探测能力的光电探测雪崩二极管，只要有微弱的光信号就能产生电流。dToF模组的VCSEL向场景中发射脉冲波，SPAD接收从目标物体反射回来的脉冲波。Time Digital Converter(TDC)能够记录每次接收到的光信号的飞行时间，也就是发射脉冲和接收脉冲之间的时间间隔。dToF会在单帧测量时间内发射和接收N次光信号，然后对记录的N次飞行时间做直方图统计，其中出现频率最高的飞行时间t用来计算待测物体的深度， $d=c*\frac{t}{2}$ 。图1是dToF单个像素点记录的光飞行时间直方图，其中，高度最高的柱对应的时间就是该像素点的最终光飞行时间。

图1. 单像素记录的光飞行时间直方图示意图

dToF的原理看起来虽然很简单，但是实际能达到较高的精度很困难。除了对时钟同步有非常高的精度要求以外，还对脉冲信号的精度有很高的要求。普通的光电二极管难以满足这样的需求。而dToF中的核心组件SPAD由于制作工艺复杂，能胜任生产任务的厂家并不多，并且集成困难。所以目前研究dToF的厂家并不多，更多的是在研究和推动iToF。

iToF的概念和dToF相对应，全称是indirect Time-of-Flight，直译就是间接光飞行时间。所谓间接，

本文链接：https://blog.csdn.net/smarttof/article/details/108647666

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