谈到TOF(Time of Flight)深度相机，很多人会问深度相机是不是激光雷达？两者之间是什么关系？两个概念相互纠缠还是各自为战？一谈到这个话题，就会涉及到大量的内容如概念，工艺，技术原理，应用场景等等，本文先从概念、原理和分类三个角度将TOF深度相机与激光雷达的区别讲清楚。

激光雷达

1.激光雷达的概念和原理

激光雷达也称为光学雷达，英文缩写有几种不同的形式：

· Laser Radar

· LADAR

· LIDAR(Light Detection and Ranging)

原理与雷达相同，只是发射波的形式是激光，即通过发射激光来测量周围事物的距离。

2.激光雷达的分类

根据扫描方式的不同，激光雷达可以分为机械式、半固态式、固态式，我们最常接触和提到的激光雷达往往都是机械扫描式。

在向大家介绍深度相机时，常有人问，你们的TOF深度相机是多少线激光？所谓的线指的是激光线束，发射的激光线束越多，感知的区域和细节就越多，图像会越准确、清晰；而其实深度相机是不存在线束概念的，在下文讲述深度相机的时候会详细讲解。

3.3D激光雷达与TOF雷达

在激光雷达的测距方式中，有飞行时间(TOF)测距法和三角测距法。此处提到的TOF测距原理，即时间飞行测距法，与我们下述的TOF深度相机的概念并不是一回事，应该说，TOF深度相机只是TOF测距原理在大量应用场景中一个3D方向的应用而已。

TOF测距原理的应用是非常广泛的，根据其所使用的的电磁波种类和波长的不同，有超声波，毫米波雷达，激光雷达等等不同的实现手段，而根据其捕捉图像的维度，TOF测距原理也有1D测距，2D测距和3D测距之分。

而3D激光雷达的概念，就是使用激光对物体三维空间距离捕捉的技术，常见的3D激光雷达的应用有多线束机械扫描式激光雷达，Flash面阵固态激光雷达等，所以在提到3D激光雷达或者TOF激光雷达时，并非特指3D TOF深度相机。

讲到这里，大家应该明白了：

TOF深度相机= 3D TOF相机(3D即深度的意思)

TOF深度相机≠TOF激光雷达

3D TOF相机夫3D激光雷达

TOF深度相机是TOF激光雷达在3D方向的一个应用

TOF深度相机

1.TOF深度相机的概念和原理

TOF(Time of Flight)深度相机，也称为3D TOF深度相机（3D也就是深度的意思，由于与普通相机相比，增加了每个像素Z轴的深度方向距离信息，因此也称为3D TOF），其工作原理是通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过计算光线发射和反射时间差或相位差，来换算被拍摄景物的距离以产生深度信息，再结合传统的相机拍摄，就能将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。

上文曾提到过，TOF深度相机属于固态激光雷达TOF测距原理在3D方向的一个应用。与其他激光雷达应用不同的是，3D（深度）TOF相机属于无扫描器件，其成像不是像传统激光雷达逐点扫描的方式，而是采用类似照相机的工作模式，一次性实现全局成像来完成探测和成像，每个像素点都可记录光子飞行的时间。由于物体具有三维空间属性，照射到物体不同部位的光具有不同的飞行时间，因此输出具有深度信息的“三维”图像。

2 TOF深度相机的分类

TOF深度相机属于目前主流的三种3D成像技术其中的一种，另外两种分别是双目技术和结构光技术（这部分内容我们也后续另外开文详细介绍）。上文有提到激光雷达测距方式有飞行时间(TOF)测距法和三角测距法两种，其中，双目技术和结构光技术都是采用三角法测距，基本原理采用三角几何视差来获得目标到相机的距离信息，这种方法在近距离有着很高的精度。ToF技术相机是指主动投射出的光束经过目标表面反射后被相机接收这个过程的来回的飞行时间，基于光速即获得的目标到相机的距离，TOF技术在不同距离的误差相对三角法更稳定，在中远距离有着更好的精度。

TOF深度相机分为iTOF(indirect TOF)和dTOF(direct TOF)，关于dTOF与iTOF的原理和区别，后续也会再开文讲解，此处对概念略加描述。

dTOF-直接测量飞行时间，即直接测量光脉冲发射与接收的时间间隔，与iTOF相比，dTOF在远距离及抗干扰方面会有明显优势，但其工艺复杂，集成难度较高；

iTOF-间接测量飞行时间，大部分间接测量方案都是采用了一种测相位偏移的方法，即发射正弦波/方波与接收正弦波/方波之间相位差，通过传感器在不同时间窗口采集到能量值的比例关系，解析出信号相位，间接测量发射信号和接收信号的时间差，进而得到深度。与dTOF相比，i-ToF不仅在成本方面有优势，而且其工艺和产业链已趋于成熟，已大刀阔斧地加入到了3D视觉行业市场份额的抢夺战中。下文也着重讲解一下已经在消费电子领域、机器人领域、安防监控、轨道交通领域以及无人驾驶和工业自动化领域实现较多应用的两种iTOF相机技术。

3.两种iTOF技术

iTOF又分为Pulse iTOF（脉冲调制）和Continuous Wave iTOF（CW iTOF，连续波调制），前者解析脉冲信号相位来解析深度，后者解析正弦信号相位解析深度。

相比CW iToF连续波调试方式，Pulse iToF 解算深度更简单、计算量更低，对于平台后端处理能力要求也相应更低。然而，Pulse iToF 的精度取决于发光次数，发光次数越多，精度越高，但同时也会带来功耗的增加。即使在相同平均功耗的情况下，Pulse iToF不仅精度弱于CW iToF，而且对于背景噪声更加敏感。

维感科技在推出基于Pulse iTOF的DCAM550/DCAM560C工业相机系列后，将于2022年6月份推出基于SONY CW iTOF的DS77系列，较DCAM550/DCAM560C两个系列产品，DS77系列在精度、稳定性、抗干扰方面，都会有更值得期待的表现。