间接飞行时间（iToF）技术原理介绍：连续波技术和脉冲波技术

在科学和技术术语中，iToF 是 Indirect Time-of-Flight 的缩写。iToF 的工作原理是相机自身向真实物理场景发射调制的红外光信号，传感器接收从测量物体返回的光信号，通过测量相位偏移来计算测量光的飞行时间，从而实现距离测量。目前的 iToF 有两种技术原理，基于连续波（Continuous Wave）方法和脉冲波（Pulse）方法。在本文中，让我们了解一下它们各自的技术原理。

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基于连续波（Continuous Wave, CW）技术的介绍

连续波 iToF 的基本原理是通过将光调制成一定频率 f 的方波，测量发射和接收周期之间的相位偏移，从而通过计算相位偏移来测量距离。假设光速为 C，一个周期的相位偏移为 φ，则从发射端到物体的距离公式可以表示为：

如何计算相位偏移（φ）？
以单频正弦函数为例，发射波和接收波之间的关系如下图所示：

假设发射波形的公式为：

接收到的波形方程为：

φ表示从发射时间到接收时间的相位偏移，光的传播时间可以很容易地从φ计算出来。由于难以直接测量光速，相机将激光发射器调制成四个不同时间偏移的相位能量图，分别为 0°、90°、180°、270°，四个不同相位接收窗口捕获的能量如下所示：

积分能量值为：

将 φ 代入方程 d 中，得到距离，从这个（0 ≤ φ ≤ 2π）可以看出，可以获得的测量范围是 [0 ~ d_{max = 2π}]，当 φ=2π 取理论最大值时，最大值为：

CW-iToF存在的缺陷
由于在使用连续波间接飞行时间（CW-iToF）系统时用于照亮场景的光具有调制特性，可以根据所使用的调制频率确定特定范围。当光往返的时间大于调制光的周期时，它们产生具有相同的相角，从而距离计算将会出错，无法区分来自远处和近处的信号，从而无法确定目标位于哪个周期。这将产生一种称为“距离混叠”的现象。以 120MHZ 为例，常用频率和理论最大值为：