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飞行时间（ToF）是一种相对较新的方法，通过它可以收集详细的3D信息。通过照亮场景，通常使用红外或近红外光，ToF相机可以测量自身与场景内物体之间的距离。与用于获取3D信息的其他技术（例如使用扫描或立体视觉）相比，ToF相机能够表现出更高的准确度，同时非常快速且经济实惠。这开辟了3D成像的优势，可用于比以前更可行的各种应用，包括游戏，医药，制造等。

ToF如何运作？

ToF相机系统包括图像传感器，图像处理芯片和调制光源。简单来说，这些系统通过用调制光源照射场景，然后测量反射回来的波的相移来工作。由于光具有恒定的速度，因此ToF相机能够基于该光返回相机所花费的时间来计算到场景中每个点的距离。ToF相机系统不是逐行扫描图像，而是一次性照亮整个场景，然后测量反射回图像传感器的光线中的相移。这种原始数据可以快速捕获，导出距离所需的计算相对简单，因此ToF相机可以实现极高的帧速率（甚至超出人类视觉能够辨别的范围）。

图1.使用Melexis硬件的ToF成像系统。

虽然可以单独提供ToF相机系统所需的组件，但是一些制造商提供通常更方便的紧凑的现成解决方案。Melexis的解决方案针对汽车领域，包括MLX75x23图像传感器IC和MLX75123配套芯片。MLX75x23是具有QVGA分辨率的阳光强大的图像传感器，而MLX75123控制传感器，调制光源并与主处理器通信。还提供将这些硬件组合在一起并包含光源的评估板。除了迈来芯，意法半导体的VL6180提供紧凑的集成ToF解决方案。这旨在实现智能手机设计，并使手势识别功能受益。德州仪器（TI）的OPT8241-CDK-EVM评估硬件基于该公司的OPT8241 320×240分辨率ToF成像设备，支持高达150fps的操作。 

图2.意法半导体的VL6180 ToF系统的功能框图。

更智能的机器视觉

ToF相机技术使机器能够超越简单的2D图像并探索第三维，从而实现深度感知和更好的物体识别。与其他3D机器视觉技术相比，ToF更快，并且其生成实时深度信息的能力意味着可以提供各种各样的应用。这些包括：

增强现实 - 支持ToF的3D视觉允许探索激动人心的新增强现实（AR）应用程序，并使现有应用程序更好地工作。由ToF相机生成的点云使AR软件能够绘制出周围环境，以增强对周围环境的3D理解。这使它可以更准确地放置软件内对象，并促进虚拟和实际环境元素之间的动态交互。ToF还可以检测用户的动作和姿势，以便他们能够直接使用他们的身体与虚拟元素进行交互，而无需依赖手持控制器或手套。

工业机器人 - 对于工业领域，识别物体和生成实时3D深度图的能力对于机器人技术来说是非常宝贵的。参与自动质量检查的制造机器人将能够快速准确地生成对象的3D扫描。ToF还可以用于协作机器人设计，以防止与附近的人发生碰撞或提供交互式手势控制。对于物流，它将允许机器人更准确地抓取和放置物体。

医疗，科学，工程 - 在医疗领域，通常需要与电子设备接口，但交叉污染的风险意味着基于触摸的交互是不合需要的。使用ToF相机的基于手势的控制将允许医生和护士操纵图像或利用软件而无需与设备进行物理接触。对于科学研究，ToF相机将实现基于姿势的3D图像处理 - 例如DNA链或蛋白质分子。在工程领域，能够快速且经济实惠地进行3D扫描项目将有助于硬件原型设计和设计活动。

无人机和车辆 - ToF摄像机还可以为无人机和无人驾驶地面车辆带来更大的智能。使用ToF的无人机将更好地了解其3D环境，并能够创建3D地图或执行自动避障。类似地，无人驾驶地面车辆可以使用ToF摄像机来提供障碍物感测能力，从而允许自主导航。 

实时环境理解

虽然还有其他方法可以实现3D机器视觉，但ToF具有最实惠的可承受性，紧凑性，速度和准确性。它提供了可以使用嵌入式处理器编译的周围位置的实时数据。这将把3D机器视觉带入更广泛的行业，并使许多新的应用程序出现。