ToF相機學習筆記之基本知識

      ToF相機屬於一種非接觸式光學傳感器，通過計算發射激光的飛行時間獲取對應像素的深度信息。就非接觸式距離測量方法而言，其分類可用下表表示如下：

 

1.1 ToF傳感器基礎

     一個逐點式的ToF傳感器采用了雷達原理估計場景點的徑向距離。簡單來說，就是通過計算光從發射到經場景點反射后的飛行時間。為了測量整個場景表面而不是幾個場景點，很多距離測量系統集成了一個逐點式ToF傳感器在一個場景掃描機構上。不同於那些通過逐點掃描方式獲取場景幾何結構的ToF傳感器，矩陣式深度傳感器通過將很多ToF傳感器集成到一個陣列面上，形成一個矩陣。這樣通過矩陣式ToF拍攝一張場景圖片即可實時獲取整個場景的表面幾何結構信息。

      除了以上這些簡單的概念性原理，通過time of flight實現深度值測量方法的背后還隱藏着許多很有挑戰性的技術。例如ToF相機需要5ps來覆蓋1mm的路徑，那么就需要一個時鍾來對5ps的單步時長進行計量。不同的時鍾技術選擇導致了不同的ToF相機類型。當前市面上大部分是基於連續波（continuous  wave)強度調制方法，還有一些是基於光學快門的方法，這里就不做過多的介紹。

 1.2 CW ToF傳感器的工作原理

連續波長深度傳感器通過向場景表面發送一個正弦波信號，振幅為A_E，調制頻率為f_mod:

信號s _E(t)被場景表面反射回來並被傳感器接收。當信號到達被接收后，由於能量衰減，其振幅衰減為A _R，並產生了一個相位延遲ΔΦ，於是反射后的信號變為

發射信號和接收信號如下圖所示

 

其中，A _R+B _R(下面表示為B)被稱為強度或偏移，B _R是一個由於背景光引起的干擾。於是反射回來的信號可等價表示為

 

上式中有三個未知量A, B 和ΔΦ，其中A和B是IR射線振幅，ΔΦ是一個純數字的相位值。最重要的未知量就是ΔΦ，因為ΔΦ是一個跟測量距離ρ相關的量，故有

或等價表示為

 2 ToF相機使用注意事項

2.1 溫度要求

當使用SR4000/SR4500時，官方建議相機所處的使用環境溫度應不高於50攝氏度，過多的熱量會顯著地增加相機的熱敏誤差。另外，相機的曝光（積分）時間增加，也會是LED的激活時間被延長，由此會帶來更多的工作熱量。為了減少這部分熱量，可以考慮采用觸發模式來代替連續采集模式。

2.2 電壓

SR4500供電電壓為24V直流電，上下浮動10%。如果工作電壓小於最小電壓，相機的測量精度會下降。如果供電電壓過高，則會使用相機發熱，最終也會影響測量精度。