ToF相机学习笔记之基本知识

ToF相机属于一种非接触式光学传感器，通过计算发射激光的飞行时间获取对应像素的深度信息。就非接触式距离测量方法而言，其分类可用下表表示如下：

1.1 ToF传感器基础

一个逐点式的ToF传感器采用了雷达原理估计场景点的径向距离。简单来说，就是通过计算光从发射到经场景点反射后的飞行时间。为了测量整个场景表面而不是几个场景点，很多距离测量系统集成了一个逐点式ToF传感器在一个场景扫描机构上。不同于那些通过逐点扫描方式获取场景几何结构的ToF传感器，矩阵式深度传感器通过将很多ToF传感器集成到一个阵列面上，形成一个矩阵。这样通过矩阵式ToF拍摄一张场景图片即可实时获取整个场景的表面几何结构信息。

除了以上这些简单的概念性原理，通过time of flight实现深度值测量方法的背后还隐藏着许多很有挑战性的技术。例如ToF相机需要5ps来覆盖1mm的路径，那么就需要一个时钟来对5ps的单步时长进行计量。不同的时钟技术选择导致了不同的ToF相机类型。当前市面上大部分是基于连续波（continuous  wave)强度调制方法，还有一些是基于光学快门的方法，这里就不做过多的介绍。

1.2 CW ToF传感器的工作原理

连续波长深度传感器通过向场景表面发送一个正弦波信号，振幅为AE，调制频率为fmod:

信号sE(t)被场景表面反射回来并被传感器接收。当信号到达被接收后，由于能量衰减，其振幅衰减为AR，并产生了一个相位延迟ΔΦ，于是反射后的信号变为

发射信号和接收信号如下图所示

其中，AR+BR(下面表示为B)被称为强度或偏移，BR是一个由于背景光引起的干扰。于是反射回来的信号可等价表示为

上式中有三个未知量A, B 和ΔΦ，其中A和B是IR射线振幅，ΔΦ是一个纯数字的相位值。最重要的未知量就是ΔΦ，因为ΔΦ是一个跟测量距离ρ相关的量，故有

或等价表示为

时间： 2024-08-24 02:39:11

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