【導讀】距離測量和目標檢測在許多領域發揮著重要作用，包括工廠自動化、機(ji)器(qi)人(ren)應(ying)用(yong)和(he)物(wu)流(liu)。特(te)別(bie)是(shi)在(zai)安(an)全(quan)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)，需(xu)要(yao)對(dui)特(te)定(ding)距(ju)離(li)的(de)物(wu)體(ti)或(huo)人(ren)員(yuan)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)和(he)響(xiang)應(ying)。例(li)如(ru)，一(yi)旦(dan)工(gong)人(ren)進(jin)入(ru)危(wei)險(xian)區(qu)域(yu)，機(ji)械(xie)臂(bi)就(jiu)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)立(li)即(ji)停(ting)止(zhi)操(cao)作(zuo)。

因此，飛行時間(ToF)變得越來越重要。使用ToF技術
，光從調製光源（如激光）發射，光束經過一個或多個物體反射後由傳感器或攝像機捕獲。因此，可以通過發射光與接收發射光之間的時間延遲∆T來確定距離。時間延遲與攝像機和物體之間的兩倍距離（往返）成正比。所以，距離可估算為深度d = (c × Δt)/2，其中c表示光速。ToF攝像機輸出2D數據以及所需的深度信息。

ToF允許一次記錄整個圖像。不需要逐行掃描
，也不需要傳感器和被觀察物體之間的相對運動。ToF通常劃歸為LIDAR（光探測和測距），但它實際上是基於flash LIDAR的方法
，而不是掃描LIDAR。

利用ToF測量光脈衝的飛行時間基本上有兩種不同的方法：基於電荷耦合器件(CCD)技術的脈衝操作模式和連續波(CW)操作模式。

在脈衝模式下測量光脈衝發射和接收之間經過的時間，在CW模(mo)式(shi)下(xia)測(ce)定(ding)發(fa)射(she)和(he)接(jie)收(shou)調(tiao)製(zhi)光(guang)脈(mai)衝(chong)之(zhi)間(jian)的(de)相(xiang)移(yi)。這(zhe)兩(liang)種(zhong)操(cao)作(zuo)模(mo)式(shi)都(dou)各(ge)有(you)優(you)缺(que)點(dian)。脈(mai)衝(chong)模(mo)式(shi)更(geng)耐(nai)環(huan)境(jing)光(guang)，因(yin)此(ci)更(geng)有(you)利(li)於(yu)戶(hu)外(wai)應(ying)用(yong)，因(yin)為(wei)該(gai)技(ji)術(shu)通(tong)常(chang)依(yi)賴(lai)短(duan)集(ji)成(cheng)窗(chuang)口(kou)在(zai)很(hen)短(duan)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)發(fa)出(chu)的(de)高(gao)能(neng)光(guang)脈(mai)衝(chong)。而(er)CW模式可能更容易實現，因為光源不必很短，且具有上升/下降沿。但是

，如果精度要求變得更嚴格
，那麼將需要更高頻率的調製信號，這可能很難實現。

現有的像素大小使得芯片分辨率很高，不僅支持距離測量，也支持物體和手勢識別。測量距離從幾厘米（<10厘米）到幾米（<15米）不等。

遺憾的是，並非所有物體都能同樣探測到。物體的狀況
、反射率和速度都會影響測量結果。 

圖1.飛行時間測量原理

圖2.ToF係統功能框圖

測量結果也可能因霧或強烈的陽光等環境因素而失真。環境光抑製有助於解決強烈的陽光導致的失真問題。

ADI等半導體製造商提供完整的3D ToF係統，以支持快速實現3D ToF解決方案。他們將數據處理
、激光驅動、電源管理和軟件/固件集成到一個電子控製單元中。其他組件包括發射調頻光信號的發射器和記錄反射信號的檢波器。框圖如圖2所示。

具有集成深度計算功能的模擬前端(AFE)等組件對於構建此類係統將會大有幫助。而ADDI9036就提供這一功能。它是一個完整的CCD ToF信號處理器，具有集成激光二極管驅動器、12位ADC，以及為CCD和激光器生成時序的高精度時鍾發生器。ADDI9036負責處理來自VGA CCD傳感器的原始圖像數據以生成深度/像素數據。

ADIhaiyushejihezuohuobanhezuo
，keyigongtongtigongchengpinmokuaihekaifapingtai。zhexiepingguxitongkeyongyukaifatedingdekehusuanfa。chengpinmokuaihepingtaiyouzhuyujiasukaifa，zhezaigongyeheqichegongchengdengshijianjinpodeyewulingyuyouweizhongyao。

參考資料

利用ADI飛行時間技術實現3D成像。ADI公司，2020年。

作者簡介

Thomas Brand於2015年加入德國慕尼黑的ADI公司
，當時他還在攻讀碩士。畢業後，他參加了ADI公司的培訓生項目。2017年，他成為一名現場應用工程師。Thomas為wei中zhong歐ou的de大da型xing工gong業ye客ke戶hu提ti供gong支zhi持chi，並bing專zhuan注zhu於yu工gong業ye以yi太tai網wang領ling域yu。他ta畢bi業ye於yu德de國guo莫mo斯si巴ba赫he的de聯lian合he教jiao育yu大da學xue電dian氣qi工gong程cheng專zhuan業ye，之zhi後hou在zai德de國guo康kang斯si坦tan茨ci應ying用yong科ke學xue大da學xue獲huo得de國guo際ji銷xiao售shou碩shuo士shi學xue位wei。聯lian係xi方fang式shi：thomas.brand@analog.com。

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