1、飞行时间（ToF）范围成像相机：原理、技术与应用

飞行时间（ToF）范围成像相机：原理、技术与应用

在当今的科技领域，飞行时间（ToF）范围成像相机正发挥着越来越重要的作用。本文将深入探讨ToF范围成像系统的原理、不同的深度测量技术以及其广泛的应用。

1. 飞行时间范围成像系统

飞行时间（ToF）原理是测量从调制光源到场景再返回传感器所需的时间，这一原理被用于范围成像系统进行深度测量。声纳和雷达是两种广为人知的ToF系统，声纳发射声波，而雷达发射电磁波。在21世纪之前，由于声音的速度比电磁波慢得多，因此大多使用声波来测量短距离，这样对计时的精度要求相对较低。如今，随着电子元件速度的提升，电磁波也可用于短距离ToF应用。由于窄激光束能够传播较长距离，红外或可见光因其相对易于处理而更受青睐。

基于调制光源，ToF范围成像相机可分为以下三类：
- 连续波调制（Continuous Wave Modulation）
- 连续波ToF相机发射一个（通常为红外）由正弦或方波调制的光信号e(t)。该信号被场景表面反射后返回与发射器共位的接收器。由于传播距离的原因，接收到的信号r(t)会产生延迟，从而导致相位延迟。
- CW ToF相机测量发射信号e(t)和接收信号r(t)之间的相位差φToF。通过对这两个信号进行互相关运算，可以估计相位，而相位与相机和场景之间的距离直接相关。
- 这种方法的范围分辨率与光源的调制频率f成反比。此类相机适用于不同的调制技术，如幅度（AM）、相位（PM）和频率（FM）调制。
- 优点包括可以获取范围和幅度图像，并且有多种光源可供选择（如LED、激光）。然而，为了降低噪声，需要进行时间积分，这会导致系统出现运动模糊，并且帧率也会