有三種領(lǐng)先的3D成像技術(shù)可以在手機(jī)和汽車中競爭空間。這些技術(shù)是立體成像、結(jié)構(gòu)光投影和飛行時(shí)間（或ToF）相機(jī)。這些設(shè)備生成的數(shù)據(jù)可以提供行人檢測、基于面部特征對用戶進(jìn)行身份驗(yàn)證、檢測手部移動(dòng)以及提供SLAM（即時(shí)定位與地圖構(gòu)建）算法。這個(gè)領(lǐng)域最大的兩個(gè)參與者是AMS和英飛凌。本文中AMS攜帶每種類型的傳感器之一，而英飛凌僅專注于飛行時(shí)間傳感器。

本文介紹了飛行時(shí)間傳感器背后的技術(shù)，重點(diǎn)介紹了PMDTechnologies的3D相機(jī)開發(fā)套件“PicoFlexx”（在詢問之前，“Pico Flexx”和“PMDTechnologies”在其網(wǎng)站上均以小寫形式顯示）。pico flexx是圍繞由英飛凌和pmd共同開發(fā)的3D圖像傳感器REAL3構(gòu)建的。

請注意，pmd為本文提供了一個(gè)設(shè)備。

什么是飛行時(shí)間傳感器？

飛行時(shí)間傳感器測量物體在介質(zhì)中移動(dòng)一段距離所需的時(shí)間。通常，這是測量波脈沖發(fā)射、物體反射和返回ToF傳感器之間所經(jīng)過的時(shí)間。飛行時(shí)間相機(jī)是利用ToF測量來確定相機(jī)與物體或環(huán)境之間的距離，通過單獨(dú)的測量點(diǎn)生成圖像。ToF相機(jī)的應(yīng)用包括基于激光的無掃描儀激光雷達(dá)成像系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)傳感和跟蹤、機(jī)器視覺和自動(dòng)駕駛的目標(biāo)檢測、地形測繪等。但這些測量結(jié)果如何實(shí)現(xiàn)？下面介紹了三種使用傳播時(shí)間來確定距離的方法。

在圖像的頂部可以看到第一種方法，即發(fā)送脈沖并測量時(shí)間間隔，直到它們在反射后返回。圖像的中間顯示第二種方法，其中您可以調(diào)制光源的振幅并記錄反射波的相移。圖像的底部代表第三種方法，傳輸50％占空比的方波，并記錄在特定間隔內(nèi)到達(dá)的返回光量。

毫米級精密ToF相機(jī)

光波和無線電波以接近3000000000毫米/秒的速度傳播，如果一個(gè)波傳播1毫米，則轉(zhuǎn)換為約3.3秒（另一個(gè)波傳播3.3秒）。這就是說，如果你想要一個(gè)能對你所在房間的所有物體進(jìn)行圖像處理的設(shè)備，并且你想要1毫米的分辨率，那么你的定時(shí)電子設(shè)備就需要皮秒的分辨率。也就是說，時(shí)鐘速度達(dá)到了數(shù)百千兆赫。

設(shè)計(jì)在這些頻率下工作的電子電路既不容易也不經(jīng)濟(jì)，如果設(shè)計(jì)者希望將這些設(shè)備帶給消費(fèi)者，那么設(shè)計(jì)人員必須想出一種在較低頻率下工作的方法。在合理的sub-GHz頻率下工作時(shí)，有兩種常見的方法可以達(dá)到毫米級精度：將正弦調(diào)制波的相移與距離相關(guān)聯(lián)；使用50％占空比方波和差分電壓的相移來確定距離。下面的部分將更詳細(xì)地介紹這兩種方法。

通過幅度調(diào)制波的相移確定距離

假設(shè)你正在尋找一個(gè)最大長度為15 m的小辦公室或大客廳。要確定該長度的適當(dāng)工作頻率，請使用c=λf。其中c是光速（c = 3× 10 8 m / s），λ是一個(gè)波長（λ= 15 m），?是頻率。在此示例中，?= 20 MHz，這是一個(gè)相對容易使用的頻率。當(dāng)一束強(qiáng)光的輸出被20兆赫的正弦信號調(diào)制時(shí)，一切就開始了。光波最終將到達(dá)物體或墻壁，它將反射和反轉(zhuǎn)方向。原始調(diào)制光的調(diào)光版本將返回接收器。除非物體正好是15米遠(yuǎn)的整數(shù)倍，否則相位會(huì)發(fā)生一定的偏移。相移可以用來計(jì)算波的傳播距離。

如果可以精確測量相位角，則可以準(zhǔn)確地確定反射物體與傳感器/接收器之間的距離。

如何測量正弦波相位角

如何快速測量正弦曲線的相位角？這涉及在四個(gè)等間隔點(diǎn)（即90°或1 /4λ的間隔）處測量接收信號的振幅。

試圖說明測量值和下面的相位角之間的關(guān)系。A 1 和A 3之間的差值與A 2 和A 4之差的比率等于相位角的正切。ArcTan實(shí)際上是兩個(gè)自變量的反正切函數(shù)，它映射適當(dāng)?shù)南笙?，并分別定義A 2 = A4且A 1 > A 3或A 3 > A 1分別為0°或180°。

該圖像說明變量A1、A2、A3和A4之間的差異如何適應(yīng)單位圓。

在上圖中，圖的最左側(cè)有兩條垂直數(shù)字線，表示減去A1和A3（表示為深黃色）和A2和A4（表示為藍(lán)色）的結(jié)果。測量值顯示為中間正弦曲線圖中的垂直線。請注意，此圖形不考慮反射（這將有效地將所有物體移動(dòng)180°）。

確定給定距離的工作頻率

到目標(biāo)的距離用以下公式確定：

其中c是光速，phi（φ）是相位角（以弧度表示），?是調(diào)制頻率。測量光子的實(shí)際飛行時(shí)間需要333 GHz的電子設(shè)備。該方法最多需要4倍的調(diào)制頻率，在這種情況下，調(diào)制頻率為4x20Hz=80Hz。這是資源的顯著減少。但是你會(huì)很高興知道一些工程師找到了進(jìn)一步降低最大頻率的方法。

關(guān)于通過測量帶電電容器的差分電壓確定相移以及飛行時(shí)間傳感器的內(nèi)容請通過下面鏈接查看：

https://www./application/control/88390.html