TOF是飛行時(shí)間（Time of Flight）技術(shù)的縮寫(xiě)，即傳感器發(fā)出經(jīng)調制的近紅外光，遇物體后反射，傳感器通過(guò)計算光線(xiàn)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，此外再結合傳統的相機拍攝，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；亦或是現在市面上層出不窮的平衡車(chē)，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(xiàn)被被測物體反射后回到傳感器，內置的計時(shí)器記錄其來(lái)回時(shí)間，然后即可計算出其距離。聽(tīng)起來(lái)好像和大家玩爛了的超聲波測距沒(méi)啥不同。但其實(shí)不然，超聲波測距對反射物體要求比較高，面積小的物體，如線(xiàn)、錐形物體就基本測不到，而TOF紅外測距完全可克服此問(wèn)題，同時(shí)TOF測距精度高，測距遠，響應快。

 

我們從網(wǎng)上找到一個(gè)ToF的應用實(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，型號為EPC610。

 

 

光的飛行時(shí)間

 

 

ToF距離測量

 

 

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

 

 

在汽車(chē)應用中，ToF可以被用于自動(dòng)駕駛、防撞自動(dòng)剎車(chē)和OOP等等。在此方面深深耕耘的廠(chǎng)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與科世達推出的機遇英飛凌3D圖像傳感器芯片的攝像頭駕駛員輔助系統。

 

在飛行時(shí)間(ToF)原理支持下，該系統可精確檢測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)相應對策。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(chē)就越會(huì )提起注意。為了快速和準確地做出響應，輔助系統和緊急制動(dòng)系統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)手部運動(dòng)或身體姿勢控制車(chē)載娛樂(lè )系統或車(chē)用空調，甚至在車(chē)外實(shí)現全新的輔助和安全功能，比如開(kāi)門(mén)輔助設備，在停車(chē)場(chǎng)或家用地庫時(shí)防止車(chē)門(mén)打開(kāi)后撞上其它車(chē)、墻壁或天花板。英飛凌方案設計合作伙伴Gestigon在大會(huì )上現場(chǎng)演示了英飛凌ToF傳感器如何實(shí)現車(chē)用物體跟蹤與手勢識別，以達到“三維虛擬現實(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)及手勢識別解決方案供應商SoftKinetic 公司提供的軟件綁定在一起。在自動(dòng)駕駛實(shí)現的最初階段，車(chē)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)現駕駛員注意力分散，系統要能夠很快地啟動(dòng)高級駕駛員輔助系統進(jìn)行干涉。“ 舒適感是切入點(diǎn)，”Melexis 產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理Gaetan Koers 說(shuō)道。“當駕駛員或乘客的手靠近空調或收音機控制鍵時(shí)，系統會(huì )有反饋。旋轉的手勢還可以用來(lái)調整空調溫度和收音機音量。”“在車(chē)輛系統進(jìn)行干涉之前，比如剎車(chē)，首先要知道駕駛員目光是在前方道路上，還是在乘客身上，或是在看收音機控制面板。

 

 

 

ToF提供了一種實(shí)時(shí)的遠方影像，所以可以非常簡(jiǎn)單地用來(lái)記錄人體動(dòng)作。這使得許多消費電子類(lèi)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數據（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)出紅外結構光，就相當于蝙蝠向外發(fā)出的聲波，紅外結構光照到不同距離的地方強度會(huì )不一樣，如同聲波會(huì )衰減一樣。紅外感應器呢，相當于蝙蝠的耳朵，用來(lái)接收反饋的消息，不同強度的結構光會(huì )在紅外感應器上產(chǎn)生不同強度的感應，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別開(kāi)來(lái)，如下圖所示：

 

 

墻距離Kinect很遠，所以被一種顏色標注，而人比較近，就用另一種顏色標注了。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(yú)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，并且識別出手和腿和腦袋（這部分就是圖像識別的算法了，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是下面兩根細的就是腳，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，并把這些相對的位置數據綁定到一個(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)機器視覺(jué)的應用中，機器人通過(guò)ToF來(lái)進(jìn)行物體分類(lèi)和精準定位安置。

 

 

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