DToF三维场景距离（景深）测量系统简介-德州仪器.PDFVIP

Application Report ZHCA655 – Jul 2016 3D ToF 三维场景距离 （景深）测量系统简介 戴观祖Garrick Dai Shenzhen OEM 摘要 随着数字成像技术的发展，相机作为一种传感器开始被广泛研究。因为人可以通过自己的视觉和大脑来 估计视野中物体的位置、距离，而相机的原理模拟了人的双眼，所以研究者们模仿人的特点，利用相机 的二维图像反推图像中物体的三维信息。这种和二维图像推算三维信息相关的技术和数学理论发展成了 一个独立的学科——计算机视觉，也被称作机器视觉。而 ToF，即time of flight ，不同于二维图像来推算 三维信息，而是通过红外光在空气中的飞行时间，计算出目标体的距离。三维ToF技术是机器视觉工业重 要里程碑，通过使用低成本CMOS像素面阵列和主动调制光源技术来提供三维场景的距离景深信息。本 文介绍3D ToF三维场景飞行时间距离/景深测量基本原理、测量精度、距离拓展多频技术和点云数据， 也进一步阐述了TI第二代3D ToF解决方案Tintin chipset的原理及系统设计。文章最后也例举了一些典型 应用等。 内容 1 3D ToF 工作原理2 1.1 ToF sensor 传感器工作原理-- 脉冲调制和连续调制波3 1.2 ToF 测量精度误差4 1.3 N 相步N-Quad 工作原理4 1.4 扩展测量距离-- 多频技术5 1.5 点云Point Cloud 6 2 TI 的3D ToF 解决方案7 2.1 3D ToF 传感器原理7 2.2 测量时序8 2.3 TI 第二代3D ToF-- Tintin 套片方案8 2.4 ToF 数据输出格式9 2.5 OPT9221 数据输出接口模式10 2.6 光学知识简介-- FOV、F 值和COC12 3 3D ToF 典型应用13 4 总结14 5 参考文献14 1 ZHCA655 插图 图1 三维ToF 相机工作原理 3 图2 两种测量方法：脉冲波（左边）和连续调制波（右边） 3 图3 参数关系--I,Q 对应于Phase 5 图4 使用多频技术扩展测量距离 5 图5 苏打水罐的景深图 6 图6 点云形成的人物虚拟图 6 图7 景深图、亮度图和点云图 6 图8 CAPD 电流辅助光子解调技术 7 图9 CAPD 像素等效电路 7 图10