一文读懂TOF深度相机与激光雷达的区别

谈到TOF(Time of Flight)深度相机，很多人会问深度相机是激光雷达吗？两者之间的关系是什么？这两个概念是相互纠缠还是相互作战？当谈到这个话题时，它将涉及大量的内容，如概念、技术、技术原理、应用场景等。本文将从概念、原理和分类三个角度进行分类TOF深度相机相机和激光雷达的区别。

第一章 激光雷达

01 激光雷达的概念和原理

激光雷达又称光学雷达，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，但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。

02 激光雷达的分类

根据扫描方法的不同，激光雷达可分为机械、半固态和固态。我们经常接触和提到的激光雷达通常是机械扫描。

在介绍深度相机时，人们经常问，你TOF深度相机是多少线激光？所谓的线是指激光线束。激光线束发射得越多，感知区域和细节就越多，图像就越准确、清晰；事实上，深度相机没有线束的概念，下面将详细解释深度相机。

03 3D激光雷达与TOF雷达

在激光雷达的测距方法中，有飞行时间(TOF)测距法和三角测距法。这里提到的TOF测距原理，即时间飞行测距法，以下是我们的TOF深度相机的概念不是一回事，应该说，TOF只有深度相机TOF大量应用场景中的3个测距原理D只是方向的应用。

TOF测距原理广泛应用于超声波、毫米波雷达、激光雷达等实现手段。根据其捕捉图像的维度，TOF还有一个测距原理D测距，2D测距和3D测距之分。

而3D激光雷达的概念是利用激光捕捉物体三维空间距离的技术D多线束机械扫描激光雷达用于激光雷达，Flash因此，提到3D激光雷达或TOF激光雷达不是特指3D TOF深度相机。

说到这里，大家应该明白：

第二章 TOF深度相机

01 TOF深度相机的概念和原理

TOF(Time of Flight)深度相机，又称3DTOF深度相机（3D也就是说，深度意味着每个像素Z轴的深度方向距离信息比普通相机增加，因此也称为3D TOF），其工作原理是连续向目标发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，计算光发射和反射的时差或相位差，转换被拍摄景物的距离以产生深度信息，然后结合传统的相机拍摄，以不同颜色代表不同距离的地形图呈现物体的三维轮廓。

上面提到过，TOF深度相机属于固态激光雷达TOF测距原理在3D应用方向。与其他激光雷达应用不同，3D（深度）TOF相机属于无扫描设备，其成像不是传统的激光雷达逐点扫描，而是采用类似相机的工作模式，实现一次性的全球成像来完成探测和成像，每个像素点都可以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。

02 TOF深度相机的分类

TOF深度相机属于三种主流相机D其中一种成像技术，另外两种是双目技术和结构光技术(这部分我们也在后续详细介绍)。上面提到了激光雷达测距的飞行时间(TOF)测距法和三角测距法有两种，其中双目技术和结构光技术采用三角测距法，基本原理采用三角几何视差获取目标到相机的距离信息，精度高。ToF技术相机是指主动投射的光束在目标表面反射后被相机接收的来回飞行时间。TOF与三角法相比，技术在不同距离的误差更稳定，在中远距离的精度更好。

TOF深度相机分为iTOF(indirect TOF)和dTOF(direct TOF)，关于dTOF与iTOF我们将在后续的文章中解释原理和差异，并在这里稍微描述概念。

dTOF-直接测量飞行时间，即直接测量光脉冲发射和接收的时间间隔iTOF相比，dTOF远距离和抗干扰优势明显，但工艺复杂，集成难度大；

iTOF-间接测量飞行时间，大多数间接测量方案采用测量相位偏移的方法，即发射正弦波/方波与接收正弦波/方波之间的相位差，通过传感器在不同时间窗口收集能量值的比例关系，分析信号相位，间接测量发射信号与接收信号之间的时差，从而获得深度。与dTOF相比，i-ToF不仅在成本上有优势，而且其技术和产业链也趋于成熟，已经大胆加入到3D在抢夺视觉行业市场份额的战争中。以下还重点介绍了消费电子、机器人、安全监控、轨道交通、无人驾驶和工业自动化两个领域的应用iTOF相机技术。

03 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)，前者分析脉冲信号相位，后者分析正弦信号相位。

相比CW iToF连续波调试，Pulse iToF 对平台后端处理能力的解决深度更简单，计算量更低。然而，Pulse iToF 精度取决于发光次数。发光次数越多，精度越高，但也会增加功耗。即使在相同的平均功耗下，Pulse iToF不但精度弱CW iToF，而且对背景噪声更敏感。

基于推出的维感科技Pulse iTOF的DCAM550/DCAM560C工业相机系列将于2022年6月推出SONY CW iTOF的DS77系列，较DCAM550/DCAM560C两系列产品，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。