TOF是飛行時(shí)間（Time of Flight）技術(shù)的縮寫，即傳感器發(fā)出經(jīng)調(diào)制的近紅外光，遇物體后反射，傳感器通過(guò)計(jì)算光線發(fā)射和反射時(shí)間差或相位差，來(lái)?yè)Q算被拍攝景物的距離，以產(chǎn)生深度信息，此外再結(jié)合傳統(tǒng)的相機(jī)拍攝，就能將物體的三維輪廓以不同顏色代表不同距離的地形圖方式呈現(xiàn)出來(lái)。

 

所以你明白了吧，不論是自動(dòng)駕駛，還是VR；亦或是現(xiàn)在市面上層出不窮的平衡車，都離不開(kāi)ToF技術(shù)。

 

知其然更要知其所以然，我們接下來(lái)給大家講講ToF的簡(jiǎn)單原理

 

 

發(fā)射的紅外光線被被測(cè)物體反射后回到傳感器，內(nèi)置的計(jì)時(shí)器記錄其來(lái)回時(shí)間，然后即可計(jì)算出其距離。聽(tīng)起來(lái)好像和大家玩爛了的超聲波測(cè)距沒(méi)啥不同。但其實(shí)不然，超聲波測(cè)距對(duì)反射物體要求比較高，面積小的物體，如線、錐形物體就基本測(cè)不到，而TOF紅外測(cè)距完全可克服此問(wèn)題，同時(shí)TOF測(cè)距精度高，測(cè)距遠(yuǎn)，響應(yīng)快。

 

我們從網(wǎng)上找到一個(gè)ToF的應(yīng)用實(shí)例來(lái)說(shuō)明，該實(shí)例采用DragonBoard410c來(lái)搭建一個(gè)8*8陣列的IC，型號(hào)為EPC610。

 

 

光的飛行時(shí)間

 

 

ToF距離測(cè)量

 

 

通過(guò)上面的小例子，我想大家對(duì)于其工作原理已經(jīng)是非常的清晰。接下來(lái)我們?cè)賮?lái)說(shuō)說(shuō)ToF的應(yīng)用場(chǎng)景。

 

 

在汽車應(yīng)用中，ToF可以被用于自動(dòng)駕駛、防撞自動(dòng)剎車和OOP等等。在此方面深深耕耘的廠商也有很多。下面給大家舉幾個(gè)具有代表性的案例。

 

首先是Infineon與科世達(dá)推出的機(jī)遇英飛凌3D圖像傳感器芯片的攝像頭駕駛員輔助系統(tǒng)。

 

在飛行時(shí)間(ToF)原理支持下，該系統(tǒng)可精確檢測(cè)駕駛員身體和頭部位置，甚至在其戴眼鏡或太陽(yáng)鏡的情況下捕獲其眨眼動(dòng)作，以判斷駕駛員是否注意力足夠集中、是否正疲勞駕駛，從而啟動(dòng)相應(yīng)對(duì)策。譬如，通過(guò)振動(dòng)座椅或警告音。駕駛員注意力越不集中，汽車就越會(huì)提起注意。為了快速和準(zhǔn)確地做出響應(yīng)，輔助系統(tǒng)和緊急制動(dòng)系統(tǒng)可在潛在緊急情況發(fā)生之前自動(dòng)激活。

 

 

此外，該技術(shù)還可以通過(guò)手部運(yùn)動(dòng)或身體姿勢(shì)控制車載娛樂(lè)系統(tǒng)或車用空調(diào)，甚至在車外實(shí)現(xiàn)全新的輔助和安全功能，比如開(kāi)門輔助設(shè)備，在停車場(chǎng)或家用地庫(kù)時(shí)防止車門打開(kāi)后撞上其它車、墻壁或天花板。英飛凌方案設(shè)計(jì)合作伙伴Gestigon在大會(huì)上現(xiàn)場(chǎng)演示了英飛凌ToF傳感器如何實(shí)現(xiàn)車用物體跟蹤與手勢(shì)識(shí)別，以達(dá)到“三維虛擬現(xiàn)實(shí)”。

 

另一個(gè)比較有代表性的案例是Melexis的ToF傳感器MLX75023，它與3-D 視覺(jué)及手勢(shì)識(shí)別解決方案供應(yīng)商SoftKinetic 公司提供的軟件綁定在一起。在自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)的最初階段，車輛控制模塊需要判斷駕駛員的注意力是否集中在駕駛上。一旦發(fā)現(xiàn)駕駛員注意力分散，系統(tǒng)要能夠很快地啟動(dòng)高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)進(jìn)行干涉。“ 舒適感是切入點(diǎn)，”Melexis 產(chǎn)品線經(jīng)理Gaetan Koers 說(shuō)道。“當(dāng)駕駛員或乘客的手靠近空調(diào)或收音機(jī)控制鍵時(shí)，系統(tǒng)會(huì)有反饋。旋轉(zhuǎn)的手勢(shì)還可以用來(lái)調(diào)整空調(diào)溫度和收音機(jī)音量。”“在車輛系統(tǒng)進(jìn)行干涉之前，比如剎車，首先要知道駕駛員目光是在前方道路上，還是在乘客身上，或是在看收音機(jī)控制面板。

 

 

 

ToF提供了一種實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)方影像，所以可以非常簡(jiǎn)單地用來(lái)記錄人體動(dòng)作。這使得許多消費(fèi)電子類產(chǎn)品(比如電視)有了全新的交互方式，Xbox Kinect二代就是用了這種技術(shù)。

 

 

 

Kinect搭載的是Depth的傳感器，可以取得Depth數(shù)據(jù)（和傳感器的距離信息）。整個(gè)Kinect其實(shí)就是一個(gè)大蝙蝠，紅外投射器不斷向外發(fā)出紅外結(jié)構(gòu)光，就相當(dāng)于蝙蝠向外發(fā)出的聲波，紅外結(jié)構(gòu)光照到不同距離的地方強(qiáng)度會(huì)不一樣，如同聲波會(huì)衰減一樣。紅外感應(yīng)器呢，相當(dāng)于蝙蝠的耳朵，用來(lái)接收反饋的消息，不同強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)光會(huì)在紅外感應(yīng)器上產(chǎn)生不同強(qiáng)度的感應(yīng)，這樣，Kinect就知道了面前物體的深度信息，將不同深度的物體區(qū)別開(kāi)來(lái)，如下圖所示：

 

 

墻距離Kinect很遠(yuǎn)，所以被一種顏色標(biāo)注，而人比較近，就用另一種顏色標(biāo)注了。這時(shí)也許會(huì)有人問(wèn)：Kinect怎么知道面前站的是人還是大象（這兩個(gè)好像體積差別很大）。在得到深度信息后，Kinect會(huì)像切魚片一樣，按照深度由小到大得到很多切面圖像，如這張圖里人和墻就在不同的切面圖像里了。下一步就是對(duì)不同切面的圖像進(jìn)行分析，假如這個(gè)切面圖像里有和人體輪廓相似的區(qū)域，Kinect就會(huì)激動(dòng)的跳起來(lái)，說(shuō)：“捉住你了，小子。”然后就會(huì)在這個(gè)深度跟蹤人體的切面圖像，并且識(shí)別出手和腿和腦袋（這部分就是圖像識(shí)別的算法了，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是下面兩根細(xì)的就是腳，上面凸出的就是頭）。就要大功告成了，你已經(jīng)被鎖定了，Kinect會(huì)從上到下掃描你，然后根據(jù)你的身高給逐步判斷出你的膝蓋在哪，手掌在哪，肚子在哪，并把這些相對(duì)的位置數(shù)據(jù)綁定到一個(gè)虛擬的骨骼上面，這樣，就完成了真人到虛擬人的映射。

 

 

 

在工業(yè)機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用中，機(jī)器人通過(guò)ToF來(lái)進(jìn)行物體分類和精準(zhǔn)定位安置。

 

 

除此之外，在機(jī)器人技術(shù)和地球地貌測(cè)繪方面，ToF都有著不可取代的地位。