泡問泡答:都叫ToF,有什么不同呢?
在最近的幾年,越來越多的設備搭載了ToF傳感器,并且在產(chǎn)品上進行了眾多的應用,并且在眾多的場景下得到了很好的使用,那么什么是ToF呢?能帶來什么樣的作用?
我們先來了解一下什么是ToF
ToF的全稱是 Time-of-Flight,翻譯為中文就是飛行時間,是屬于LiDAR(激光雷達技術)的一種,也是屬于現(xiàn)階段的主要3D識別技術之一。其原理主要是通過向場景中發(fā)射近紅外光,利用光的飛行時間信息,測量場景中物體的距離,以此可以測量出中距離的空間。和3D結構光有所不同的是,雖然二者同樣利用了紅外光,但是3D結構光是利用光學衍涉器件將紅外光產(chǎn)生的激光光束陣列繼續(xù)復制并且發(fā)射,隨后采用紅外COMS對被照射物體所產(chǎn)生光斑大小及形態(tài)進行分析,從而獲得深度信息。但是因為光束分布、光衰減及算法上的限制,其覆蓋范圍比起ToF更近,但卻可以實現(xiàn)以更高的激光束密度換取更高精準度的效果。因此在蘋果的Face ID上就采用了3D結構光的設計,實現(xiàn)更好的體驗。
△蘋果的3D結構光
ToF的分支:
在現(xiàn)階段,ToF分為dToF(direct)和iToF(indirect)兩種。其中dToF,全稱是direct Time-of-Flight。顧名思義,dToF直接測量飛行時間。其原理是通過直接在發(fā)射端使用納秒甚至皮秒級的短脈沖激光,并且在發(fā)射后也能很快的進行反應,很快的接收反射回來的激光。所以需要更高進度的Single Photon Avalanche Diode(SPAD 具有單光子探測能力的光電探測雪崩二極管)或者APD(雪崩光電二極管)進行探測。
在dToF上,其利用記錄發(fā)射脈沖和接收脈沖之間的時間間隔,進行距離的計算。dToF會在單幀測量時間內發(fā)射和接收N次光信號,然后對這些時間進行分析統(tǒng)計,并且得出到最后的距離。
但現(xiàn)階段,由于需要對光脈沖飛行時間、接收時間進行良好的同步判斷,其對于算法、硬件的要求較高。在此前只有大部分的高端汽車采用了的dToF,直到蘋果將此技術運用在iPad和iPhone上。
dToF之外還有另一個分支—iToF,(indirect Time-of-Flight)顧名思義就是采用間接飛行時間來揭曉距離的判斷。其原理是把發(fā)射的光波調制成一定頻率的周期性信號,通過測量發(fā)射信號和該信號經(jīng)過被測物反射回來到達接收端時的相位差,間接計算出光的飛行時間,從而得到深度的數(shù)據(jù)。由于其原理的不同,其可以利用多次的周期性型號對相位差進行判斷,在實際使用過程中,由于采用了周期性頻率波的策略,所以為了更好的保障精度,需要在使用接收到的次數(shù)越高更好,因此距離越遠,兩個周期的波長會變得較難分辨,會產(chǎn)生干擾的情況,所以在應用距離上較短,并且相比較于dToF存在易被強光干擾的情況。
△兩者的對比
實際的應用差距:
從成本上來說,由于dToF需要更高精度的發(fā)射、接收設備,并且還需要在兩者間進行時間的同步判斷等情況,所以在實際使用中,dToF會相比較于iToF增加一定的成本。但是,iToF的成本更低,可以在更多的設備上配套使用,達到對于距離的推測,也可以說是目前很多搭載ToF設備的第一選擇。
從精度來說,dToF無法做到很高的圖像分辨率,而iToF由于其原理的差異,其傳感器尺寸需要更大的尺寸接收光的波長變化,所以可以實現(xiàn)更高精度的圖像分辨率,所以在進行物體識別、3D重建等等方面相比較于dToF具有更高的優(yōu)勢。
從功耗來說,dToF采用的脈沖波發(fā)射相比較于iToF的連續(xù)波擁有更低的占空比,可以在相同時間內發(fā)射更有針對性的光源,兩者相比較來說dToF的功耗會更小,更加適合在電量較小的設備上使用。
最后來談談兩者現(xiàn)階段的應用場景,dToF功耗低,體積小適合于在較小的設備使用,并且由于抗擾性較好,在戶外的使用上也更勝一籌。并且由于dToF的原理,測量距離增大時精度不會大幅衰減,能耗也不會大幅提升,諸如蘋果所選擇的在AR方向利用是一個很好的發(fā)展方向。
而iToF的圖像分辨率較高,在物體識別,3D重建以及行為分析等應用場景中能夠重現(xiàn)場景中更多的細節(jié)信息,所以在掃地機器人(進行避障)、新零售。迎客機器人上擁有較好的使用場景。
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