混合ToF弥补单一ToF不足实现全面深度传感

电子发烧友网报道（文/李宁远）ToF，广为人知的传感技术，已经在各个领域中应用得十分广泛。ToF的测距原理其实并不复杂，通过给目标连续发送光信号或脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，计算探测光的飞行时间来得到目标物距离。
 
单一ToF到混合ToF
 
提到ToF技术，目前有iToF和dToF之分。iToF，indirect Time-of-Flight，是一种间接的光飞行时间传感方法，通过测量相位偏移来间接测量光的飞行时间，而不是直接测量光的飞行时间。dToF正好相反，直接对光的飞行时间进行测量。
 
iToF计算的是光束从发射信号到接收信号之间收集到的图像数据相位差异，或者说是相位延迟的时间，而不是直接测量光束本身到目标物体来回的飞行路径，故而被称为间接飞行时间测量。
 
单一的iToF 根据调制方式的不同，又能分为连续波调制和脉冲调制。连续波ToF发射连续的正弦信号，脉冲ToF发射重复的脉冲信号，前者是通过解析正弦信号相位解析深度，而后者是解析脉冲信号相位来解析深度。
 
连续波ToF系统的设计与控制更简单一些，同时其频率越高，精度也会越高，当然量程也变小。到了更远距离的测量距离和更强环境光的场景应用中，脉冲ToF优势更大，脉冲系统能在很短的时间内发出高能光脉冲，在环境光强烈的场景里有着更强的鲁棒性。但是相应地，脉冲ToF对时序控制和功率要求更严苛。
 
而dToF则是直接测量光脉冲的发射和接收的时间差，不同于易于集成的iToF系统精度会随着测量距离变化很大，dToF电路更复杂集成困难，但同时在户外远距离测量里，其精度与功耗都更为优秀。
 
在3D深度传感领域，ToF凭借自身的特性成为受人青睐的传感方案，尤其在工业以及汽车市场的应用场合，ToF解决了很多传统2D技术束手无策的问题。但是随着各领域对成像传感要求的逐步提升，单一的ToF路线各有优势与弊端，无法完美解决复杂的传感需求。
 
为了更强大的深度感应和三维场景理解能力，混合ToF技术开始集合两种ToF技术的深度传感概念解决单一ToF各自的劣势。dToF的长距离稳定测量，强抗干扰能力，iToF的高分辨率、易于集成特性在混合ToF系统中结合了起来，互相弥补各自的不足。
 
混合ToF，不固化iToF和dToF的融合发展
 
iToF和dToF技术各有优劣，dToF有着长距离稳定测量和强抗干扰能力，但是分辨率较低，电路复杂不易于集成，iToF的高分辨率、易于集成特性很突出但是在中远程传感上有着硬伤，且抗干扰能力弱。
 
混合ToF系统中结合了二者擅长的地方，互相弥补各自的不足，近年来，混合型ToF的开发也是一个热点。
 
如英飞凌的REAL3柔性ToF成像器技术将既有的高分辨率iToF泛光照明和dToF远距离点光源照明整合到单个混合ToF摄像头中，通过添加精确的远距离光斑数据，创建周围区域的精确三维地图。
 
Toppan的混合ToF是实现了最远30米的距离测量，Toppan的混合ToF注重系统鲁棒性的提升，其混合系统比传统的iToF方法在消除环境光的噪声上提升了很大，大大增加了感测距离，尤其是在户外应用中。
 
炬佑智能也一直在混合ToF技术路线上耕耘，炬佑智能的混合ToF称为mToF技术也是一种，利用iToF的精度优势，开发小尺寸SPAD，也通过SPAD来增强敏感度和抑制干扰，以弥补iToF和dToF相应的不足，目前其应用还是针对远距和车载应用较多。
 
目前，混合ToF的应用主要还是在远程测量和车载测量上应用，用dToF的长距离稳定测量和强抗干扰能力来弥补iToF在这方面的缺失，减少环境光对传感的干扰，保证有足够分辨率的深度传感。ToF技术的不断发展，iToF和dToF之间的界限也不再固化，混合型ToF技术取长补短，给很多应用提供了更全面的深度传感解决方案。
 
小结
 
随着混合型ToF方案持续发展，不仅在成本上它展现出更大的优势，还能够发挥dToF和iToF各自的长处，比如更高解析度、更高的精度以及更优化的系统成本，从而让ToF技术更加适配AR、车载等应用场景。