技術筆記：TOF(Time of Flight)整理

TOF的概念，望文生義，就是量測光子從出發開始到接收之間，移動所花的時間，因為已知光的速率，自然可以得出這其中的距離。現實狀況是，CMOS完全不可能達到這麼快的處理速度。

技術上實現方式就轉化為，打出來的光，不是一顆，而是跑的久一點成為一個脈衝(pulse base)。接收端不計算多快收到，例如兩個接收器，每個接收器之間不重疊，計算每個接收器的數量，就能構成原本的波形，如下圖C1和C2的比例，就能回推Reflection的形狀，進而計算距離。

具體實現方式牽涉複雜的電路設計，讓兩側的電容輪流放電，才能計算出兩邊不同的光量。

下圖是整合後，整體的流動式事例，左邊光束發射後，過一陣子收到反射波，並且有左右的比例，可以模擬出反射波的形狀。

下圖則是討論如何實現這個技術的更細部討論，也可以發現，復位電壓和電容增益等造成的影響。介紹(連結)

使用的光源大多為850nm  VCSEL，因為VCSEL能量較為集中且反應速度快，較能達到期望的波形。整體實機如下圖。

技術上實現時，每次計算稱之為一個Micro-frame，其中一個quad，又會被拆開執行類似計算。

整體系統架構，如TI範例(連結)。是整組光源和感測器合併的模式。OPT8241的結構是由很多個前述電子元件構成，形成2D平面，透過Lens的協助，我們可以在同一時間，得到整個平面的深度資訊。

目前所知TI，SONY(兩款SENSOR CMOS IMX556 連結 連結 解析度 5mm 相比於CCD也比較不會漏光) 有類似功能。實體機器，台中(連結  連結)。

改進方式

技術人員永遠有改進方案。第一種稱之為連續調置波。採用多個計算窗口，例如四個，如下圖。(連結)

(Q3-Q4)及(Q1-Q2)可以减掉及其中的偏差。也可以利用三個或是五個不同角度的窗口，也就是phase消除奇數諧波。

另外一種思考方向是，多頻技術。因為原本的方式，超過一個圓周就會產生整組偏移。若光源部分就利用多頻。

題外話，每次整理技術資料時，總是會被上述科學家或是工程師的堅持不懈感動。他們總是抱持著不斷改進，持續鑽研的精神，即使每次都只改進一點點，但就因為這一點點，讓他們成為率先揭露大自然奧秘或新概念的拓荒者。而我這類，只能在技術、程式、步道上跟隨著後進者，自然高下立見。