iToF全稱是indirect Time-of-Flight,直譯就是間接光飛行時間。所謂間接,就是指iToF是通過測量相位偏移來間接測量光的飛行時間,而不是直接測量光飛行時間。iToF向場景中發射調制后的紅外光信號,再由傳感器接收場景中待測物體反射回來的光信號,根據曝光(積分)時間內的累計電荷計算發射信號和接收信號之間的相位差,從而獲取目標物體的深度。
iToF模組的核心組件包含VCSEL和圖像傳感器。VCSEL發射特定頻率的調制紅外光。圖像傳感器在曝光(積分)時間內接收反射光并進行光電轉換。曝光(積分)結束后將數據讀出,經過一個模擬數字轉換器再傳給計算單元,由計算單元計算每個像素的相位偏移。iToF計算深度的方式通常是采用4-sampling-bucket算法,利用4個相位延遲為0°,90°,180°和270°的采樣信號計算深度。
iToF的測量精度和幾個因素有關,分別是調制光的頻率,光照功率以及積分時間。前文已經提到了iToF的深度計算公式。由此,可以推出深度噪聲(精度)。由于c對應光速,是一個固定值,所以深度精度和調制光的頻率、相位信噪比(phase SNR)有關。當相位信噪比一定時,頻率越高,深度噪聲越小,也意味著深度精度越高。
iToF的相位信噪比和傳感器接收到的光電流有關系。其中,代表調制信號生成的電子,代表調制光和環境光生成的電子總和,代表電容的固有噪聲,是調制對比度,描述傳感器分離和收集光電子的質量。所以,調制光信號生成的電子數越多,相位信噪比越大,進而推出深度精度越高。增大有兩種方式,一種是增大光照功率,另外一種就是延長曝光時間,也就是前文提到的積分時間。
環境光傳感芯片又可稱為光距感 接近傳感芯片,它的主要用途是用來對周圍環境光電的暗弱進行測量的,就比如用來對環境光進行測量,是由環境光傳感器里面的光敏二極管來進行的,通過放大、模數轉換等處理,使得光能量得到量化,再通過BB、WLED dirver控制調節,可使系統調節顯示屏的亮度。
這里推薦臺灣旺泓的光距感接近傳感芯片- WH APS 4530A,它的暗電流小,低照度響應,靈敏度高,電流隨光照度增強呈線性變化,還內置雙敏感元,自動衰減近紅外,光譜響應接近人眼函數曲線。
WH4530A是一種光到數字轉換器,它結合了環境光傳感器、接近傳感器和高效率的紅外LED燈。環境光傳感器(ALS)內置了一個濾光器來抑制紅外,并提供了一個接近人眼反應的光譜。ALS可以在黑暗到陽光直射下工作,可選擇的探測范圍約為40dB。雙通道輸出(人眼和清晰),使ALS在不同光照條件下具有良好的光比。近距離傳感器(PS)內置了一個940nm的濾光片,用于環境光的抗擾,因此PS可以檢測反射紅外光,具有高精度和優良的抗擾性。WH4530A具有可編程中斷功能,對ALS和PS具有基于閾值的遲滯。
光距感接近傳感芯片- WH APS 4530A的應用:
消費設備:液晶電視,iTOF相機,玩具
計算設備:筆記本電腦,液晶顯示器
戶外:監控系統,路燈
工業應用
審核編輯黃宇
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