ToF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机(Transceiver)（或被反射面）之间往返的飞行时间来测量节点间的距离。传统的测距技术分为双向测距技术和单向测距技术。在信号电平比较好调制或在非视距视线环境下，基于RSSI(Received Signal Strength Indication，接收的信号强度指示)测距方法估算的结果比较理想在视距视线环境下，基于ToF距离估算方法能够弥补基于RSSI距离估算方法的不足。
ToF测距方法有两个关键的约束：一是发送设备和接收设备必须始终同步二是接收设备提供信号的传输时间的长短。为了实现时钟同步，ToF测距方法采用了时钟偏移量来解决时钟同步问题。Intersil最新的ToF信号处理IC——ISL29501方案就是典型的ToF方案，可用于所有光照条件，并且实现了小型化和电池应用的低功耗。因为Intersil专利的信号处理器技术使用了基于相位的ToF来应对检测物体周围的环境光的影响
大家知道，光速是每秒约30万公里，即C=300000000米/秒。如果想用光速测量距离，一般要非常远才行。
然而，现在出现了一款相机，可以集成在手机内，用光测量几米到几十米的短距离。假设要测15米的距离，光到达被测物体再返回，来回为2倍的被测距离，即30米，那么光飞行所需要的时间是：
30/300000000=0.0000001秒=0.0001毫秒=0.1微秒=100纳秒
图1：光测距原理
用相机进行纳秒级别的测量？这在以前很难想象，它是怎么实现的呢？
一、100纳秒是什么概念呢？
人类眨眼的时间是几百毫秒；典型照相机的最短曝光时间为一毫秒；炸药引线烧完到爆炸时间为几十微秒。
如果我们采用传统的测量方法，很难将100纳秒测量准确，掐表的误差已经远超100纳秒了。
不过我们常说的5G信号，其信号周期就只有0.2纳秒。高速的电子电路，有可能识别超快光速的细微差别。
二、怎样才能将100纳秒测量出来
能不能用很高频的光波去测量距离呢？TOF相机就是这样工作的。
TOF（Time of flight）直译为"飞行时间"。其测距原理是通过给目标连续发送经过调制的高频红外光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行（往返）时间来得到目标物距离。
我们用图简单说明一下：
图2：发射光脉冲及反射光脉冲
图2中，第一行是发射出来的光脉冲信号，其宽度为tp，我们可以设定tp=200纳秒。
接收端以下几种可能：
情形1：第二行的反射光脉冲1是个特例：也就是发射出去的光脉冲没有任何延迟，全部被接收，所以这时候测量距离为0。
情形2：第四行的反射光脉冲3也是个特例：也就是发射出去的光脉冲在发射完毕后才回来，也就是这个光脉冲延迟超过了tp的时间，即200纳秒。上面算过光100纳秒走30米，那么这个光脉冲走过的来回路程就是60米，测量距离为30米。超过这个距离，相机就分辨不出了，所以这是设计的最远测量距离。
情形3：重点在第三行，它的反射光脉冲2刚好位于tp时间内，分成两部分，t1和t2。如果这时候有示波器，我们能很容易测量出来脉冲延迟时间t2，假设是t2=150纳秒，那么可以很容易算出光走过的路程：150纳秒x光速=2倍的被测距离=45米。
虽然t2是从发射脉冲结束开始测量的，不过无论从脉冲开始测量，还是从脉冲的中间测量，总的延迟都是等于t2。
问题是，我们不可能照相的时候带一个高速示波器。那么怎样才能准确的知道t2的数值呢？
三、联动快门区分延迟光信号和非延迟光信号
我们知道，t1加t2刚好等于tp。我们可以用t1和t2时间段接收到的光子比例算出t2的具体时间。
图3：联动快门区分非延迟光信号和延迟光信号
图2的左边，接收1与发射在同一快门内，即发射的同时进行接收，所接收到的就是t1时间段内到达的光子数（可以叫Q1）。
发射完毕，高速快门瞬间切换到图右边，接收2开始接收，所接收到的就是t2时间段内到达的光子数（可以叫Q2）。
而Q2占总接收到的光子（Q1+Q2）的比例，再乘以脉冲时间tp，就是准确的t2.
公式1表示了t2的计算方法，公式2表示了距离的计算方法，公式3是前两个公式的综合。
当然，单次的光脉冲信号太弱，为了更好的区分，可以快速曝光几千次（500纳秒一次，一千次也只需要500微秒，不过得配合高速镜头切换），直到信号能被比较电路测量出来。
小结
TOF相机（可以叫光测距相机吧）充分利用了电子技术的特点：比如高速镜头快门；发射接收高频光脉冲信号，调制的光脉冲频率可以高达100MHz；并用差分信号比例计算出延迟时间，从而可以用光测量很近的距离。
能让普通手机具备光测距的功能，分辨率高的甚至可以识别立体的人脸轮廓，不能不让人惊叹。（大象韩 20201128）
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