有三種領先的3D成像技術可以在手機和汽車中競爭空間。這些技術是立體成像、結構光投影和飛行時間（或ToF）相機。這些設備生成的數(shù)據(jù)可以提供行人檢測、基于面部特征對用戶進行身份驗證、檢測手部移動以及提供SLAM（即時定位與地圖構建）算法。這個領域最大的兩個參與者是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間傳感器。

本文介紹了飛行時間傳感器背后的技術，重點介紹了PMDTechnologies的3D相機開發(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構建的。

請注意，pmd為本文提供了一個設備。

什么是飛行時間傳感器？

飛行時間傳感器測量物體在介質(zhì)中移動一段距離所需的時間。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)過的時間。飛行時間相機是利用ToF測量來確定相機與物體或環(huán)境之間的距離，通過單獨的測量點生成圖像。ToF相機的應用包括基于激光的無掃描儀激光雷達成像系統(tǒng)、運動傳感和跟蹤、機器視覺和自動駕駛的目標檢測、地形測繪等。但這些測量結果如何實現(xiàn)？下面介紹了三種使用傳播時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)到達的返回光量。

毫米級精密ToF相機

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

設計在這些頻率下工作的電子電路既不容易也不經(jīng)濟，如果設計者希望將這些設備帶給消費者，那么設計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，有兩種常見的方法可以達到毫米級精度：將正弦調(diào)制波的相移與距離相關聯(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

假設你正在尋找一個最大長度為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是一個波長（λ= 15 m），?是頻率。在此示例中，?= 20 MHz，這是一個相對容易使用的頻率。當一束強光的輸出被20兆赫的正弦信號調(diào)制時，一切就開始了。光波最終將到達物體或墻壁，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米遠的整數(shù)倍，否則相位會發(fā)生一定的偏移。相移可以用來計算波的傳播距離。

如果可以精確測量相位角，則可以準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？這涉及在四個等間隔點（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實際上是兩個自變量的反正切函數(shù)，它映射適當?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單位圓。

在上圖中，圖的最左側有兩條垂直數(shù)字線，表示減去A1和A3（表示為深黃色）和A2和A4（表示為藍色）的結果。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180°）。

確定給定距離的工作頻率

到目標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。測量光子的實際飛行時間需要333 GHz的電子設備。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。但是你會很高興知道一些工程師找到了進一步降低最大頻率的方法。

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

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