電子發燒友網報道（文/李寧遠）ToF的測距原理其實并不復雜，通過給目標連續發送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，計算探測光脈沖的飛行時間來得到目標物距離。這和機器視覺中另一種主流的傳感器3D激光傳感原理是類似的。區別在于，3D激光傳感器是逐點掃描，而ToF相機是同時得到整幅圖像的深度（距離）信息。

連續波VS脈沖

ToF采用的測量方法目前主流的有連續波CW和脈沖兩種。不管是何種技術系統，連續波CW和脈沖都需要考慮測量距離、系統環境、精度要求、功耗和尺寸。

連續波CW采用周期調制信號進行主動發光，然后對接收到的信號進行零差解調以測量反射光的相移。目前市面上應用廣泛的連續波CW技術系統都使用CMOS傳感器。CMOS傳感具有很高的輸出數據速率，但連續波傳感需要在多個調制頻率下多幀處理計算深度。一旦系統在曝光較長，那么系統的整體幀率就會受到限制，模糊運動軌跡。處理上的復雜性增加可能會導致要在外部引入處理器，因此連續波CW系統并不適用于所有類型的應用。

不過換個角度想，CMOS成像器在更快的速度之外，靈活性也相對較高，能實現的功能也豐富。而且對于對精度要求不高的應用，連續波CW系統會比脈沖系統更容易實現，它并不像CCD對激光脈沖的要求那么嚴苛。而且不能忽視的一點是，在成像器系統中，CMOS比非CMOS的電源設計簡單得多，比如CCD會要求更高的正負極電源。

到了更遠距離的測量距離和更強環境光的場景應用中，脈沖技術系統優勢更大，連續光CW系統在這種應用里不可避免地要提高光功率，高強度的連續光信號很難使器件不出現散熱等方面的問題。脈沖技術在這種情況下優勢更大是因為，脈沖技術系統能在很短的時間內發出高能光脈沖，對于室外這種環境光強烈的場景它展現出的魯棒性更強。而且脈沖系統中的信號占空比通常比同等水平的連續波CW系統要低得多，系統的總功耗會有明顯的下降。

不過脈沖系統需要對系統的時序控制極其精準，遠超過連續波CW技術系統的時序控制難度，有些應用甚至要到皮秒級。脈沖系統對功率的要求也很嚴苛，否則無法達到足夠短的脈沖寬度。

不管是CMOS還是CCD技術路線，都是基于幀的圖像傳感，目前也有基于事件的圖像傳感，分辨率不再由固定的時序源（幀時鐘）控制，而是由信號在幅度域的變化來控制，并在檢測到變化或運動時進行記錄。目前這種圖像傳感也能實現很快的動態范圍。

高度集成的ToF器件

光發射器和接收器構成了ToF遠距離接近傳感和距離感測系統的感測元件。發射器發送調制光脈沖，模擬前端測量光脈沖的往返時間。ToF傳感器的高速高分辨率很大程度上依賴于其模擬前端的性能，現在ToF AFE的集成度也是越來越高。ADC、時序序列器和數字處理引擎甚至照明驅動都會完整地集成在AFE中，接下來只需要靈活定制光電二極管和發射極即可。

像TI目前在AFE上推的OPT3101就是ToF連續波CW技術的高速、高分辨率 AFE。集成了完整的深度處理管道，ADC、時序序列器和數字處理引擎都在其中。采樣率能達到4kHz，能在15m的清晰范圍內具有16位距離輸出。AFE在1kHz時有88dB信號相位動態范圍。

ADI深度傳感推的ADDI9036則是CCD TOF成像前端，包括一個模擬前端、一個時序發生器、一個激光二極管驅動、一個H驅動和一個垂直驅動，集成度也是相當的高。ADC的配置同樣是12位45MHz，在45MHz頻率下分辨率為174 ps。

行業主流的ToF廠商pmd的CMOS 3D深度傳感則用了Infineon的SoC REAL3系列。REAL3以毫秒級的捕獲速度實時傳送深度數據，在惡劣環境條件下有極高的魯棒性。而且其抑制背景照明（SBI）的專利技術，REAL3能抵御陽光或其他紅外發射光源等外部光源，穩定性很高。

小結

目前在深度傳感領域，ToF相機憑借更小的外形尺寸、更寬的動態感測范圍，以及在多種環境下工作的能力，配合強大的AI算法成為首選的深度傳感方法。尤其在工業以及汽車市場的應用場合，ToF解決了很多傳統2D技術束手無策的問題。