本文來自微信公眾號(hào)“電子發(fā)燒友網(wǎng)”，作者/黃山明。
ToF（Time of Flight）作為一種通過測量光傳輸過程中的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)距離測量的技術(shù)，可以檢測鏡頭到物體距離，由此能夠?qū)崿F(xiàn)快速高精度的空間測量和三維成像。同時(shí)，受益于消費(fèi)電子市場的爆發(fā)式增長，全球3D成像與傳感的市場預(yù)計(jì)會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。作為其中一種主流技術(shù)，ToF在智能家居等領(lǐng)域的應(yīng)用前景也被看好。
ToF的技術(shù)原理
ToF的中文名稱為飛行時(shí)間技術(shù)，其測距原理是通過給目標(biāo)連續(xù)發(fā)送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過探測光脈沖的飛行（往返）時(shí)間來得到目標(biāo)物距離。
其技術(shù)原理其實(shí)并不復(fù)雜，簡單來說，就是依靠光速恒定來測算出物體與鏡頭之間的距離。具體操作上，通常ToF傳感器會(huì)使用微小的發(fā)射器發(fā)射紅外光或者激光，其中產(chǎn)生的光會(huì)從任何物體反射并返回到傳感器。根據(jù)光的發(fā)射與被物體反射后返回傳感器之間的時(shí)間差，傳感器可以測量物體與傳感器之間的距離。
例如，當(dāng)發(fā)射器發(fā)射紅外光并啟動(dòng)計(jì)時(shí)，當(dāng)紅外光從物體反射回接收器時(shí)記錄時(shí)間，這樣就測量到了光的“飛行時(shí)間”。由于光的速度是已知恒定的，因此可以通過下列公式算出傳感器到測量物體的精確距離：（光速x飛行時(shí)間）/2。實(shí)際中的ToF傳感器是一個(gè)陣列，通過這個(gè)陣列，可以測量整個(gè)物體表面的距離。
而在近些年，ToF技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。ToF技術(shù)也不再只用于簡單的測距任務(wù)，而是逐漸向復(fù)雜的3D成像與感知方向發(fā)展。例如，手機(jī)中的ToF攝像頭可以通過該技術(shù)實(shí)現(xiàn)隔空手勢識(shí)別交互，或者在后置3D成像與感知模組中采用ToF技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更豐富的應(yīng)用場景。
尤其是智能家居，成為ToF技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。通過使用ToF技術(shù)，智能設(shè)備可以更好地理解和適應(yīng)周圍環(huán)境，例如家用智能機(jī)器人或更多智能設(shè)備可以通過這項(xiàng)技術(shù)提升其環(huán)境感知和理解能力。
ToF技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用
ToF技術(shù)本身的特性，也非常契合智能家居的相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。比如可以通過捕捉環(huán)境中各個(gè)物體的距離、形狀和運(yùn)動(dòng)路徑，對(duì)它們進(jìn)行識(shí)別判斷。因此可以實(shí)現(xiàn)無人駕駛汽車的避障、機(jī)器人的導(dǎo)航、智能家居的自動(dòng)化等應(yīng)用。
ToF能夠幫助家用智能機(jī)器人或者更多智能設(shè)備更好地理解和適應(yīng)周圍環(huán)境，比如通過多個(gè)ToF鏡頭的組合，可以實(shí)現(xiàn)三維姿態(tài)檢測和精確定位。通過比較兩個(gè)ToF鏡頭返回的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以計(jì)算出設(shè)備在三維空間中的角度、方向和位置，幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)避障和清掃等工作。
而通過單點(diǎn)距離檢測，例如應(yīng)用于智能門鎖的距離檢測，ToF技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的使用體驗(yàn)，避免發(fā)生碰撞等意外情況。
在安全監(jiān)控領(lǐng)域中，ToF的應(yīng)用也非常廣泛。ToF鏡頭擁有高精度的測距功能，可以實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)的探測與跟蹤，適用于多種場景的監(jiān)測，例如在夜視、隱蔽等環(huán)境下，ToF技術(shù)可以通過強(qiáng)光的反射和細(xì)微訊息來幫助人們實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、報(bào)警和識(shí)別等功能，進(jìn)一步提升智能安防的產(chǎn)品性能。
相比結(jié)構(gòu)光與視覺技術(shù)，ToF技術(shù)更小巧、更便宜、更耐用，也讓其在智能家居領(lǐng)域中具有更高的性價(jià)比。同時(shí)ToF在遠(yuǎn)距離、成本低、尺寸小、響應(yīng)時(shí)間快等方面具有明顯優(yōu)勢。此外，由于ToF的測量誤差主要來自組裝系統(tǒng)，因而誤差恒定，對(duì)算法要求較低使其響應(yīng)更快。
小結(jié)
近幾年來ToF技術(shù)已經(jīng)越來越受到智能家居廠商的青睞，尤其是1D ToF傳感器的推出，慢慢地得到了各大智能家居廠商的認(rèn)可。這主要是因?yàn)門oF技術(shù)具有測距精度高、反應(yīng)速度快、不受光照影響等特點(diǎn)，非常符合智能家居的需求，ToF開始在智能家居領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
