双目视觉技术是通过三角测距法计算物体到相机的距离。同一物体在左右两个相机的成像位置是位置差的，不同的位置差可被反映到像素差，从而推算出距离；结构光技术是属于主动立体视觉技术，通过激光投射器投射出带有形状的光，这个形状照在物体上发生形变，然后推算出距离；我们重点介绍ToF（Time-of-Flight）技术，直译为飞行时间技术，广义上讲，所有测量介质飞行时间方式都属于ToF技术范畴。在以光为介质进行ToF测量时，其原理是，由ToF模组的光源向被测对象发出光子，在抵达被测对象并通过图像传感器接收反射回到ToF模组的光子，计量此段“光的飞行时间”，在光速已知的前提下，即可得到距离数据。

最简单的单像素ToF技术采用调制准直激光器作为发射器，单光电二极管作为接收器，可以用来提供单点的距离信息，若期望使用单像素距离传感器来提供整个场景的深度图，一般会采用某种扫描的形式，下图示是单像素ToF测距技术的原理。

3D ToF技术是通过一次性成像来提供完整场景深度图，无扫描器件，随着半导体元器件尺寸的不断缩小，结构紧凑、高性价比的ToF深度相机在工业和消费电子领域得到了快速应用和发展。

ToF相机是指以光学系统为接受路径的面阵非扫描式3D成像深度信息捕捉技术，主要由照射单元，光学透镜，成像传感器，控制单元，计算单元等器件组成。

- 照射单元

照射单元需要对光源进行脉冲调制之后再进行发射，调制的光脉冲频率可以高达100MHz。因此，在图像拍摄过程中，光源会打开和关闭几千次，各个光脉冲只有几纳秒的时长。相机的曝光时间参数决定了每次成像的脉冲数。要实现精确测量，必须精确地控制光脉冲，使其具有完全相同的持续时间、上升时间和下降时间。因为即使很小的只是1ns的偏差即可产生高达15cm的距离测量误差。如此高的调制频率和精度只有采用精良的LED或激光二极管才能实现。一般照射光源都是采用人眼不可见的红外光源。

- 光学透镜

用于汇聚反射光线，在光学传感器上成像，与普通光学镜头不同的是这里需要加一个带通滤光片来保证只有与照明光源波长相同的光才能进入，这样做的目的是抑制非相干光源减少噪声，同时防止感光传感器因外部光线干扰而过度曝光。

- 成像传感器

成像传感器是TOF相机的核心。该传感器结构与普通图像传感器类似，但比图像传感器更复杂，它包含2个或者更多快门，用来在不同时间采样反射光线。

- 控制单元

相机的电子控制单元触发的光脉冲序列与芯片电子快门的开/闭精确同步。它对传感器电荷执行读出和转换，并将它们引导至分析单元和数据接口。

- 计算单元

计算单元可以记录精确的深度图。深度图通常是灰度图，其中的每个值代表光反射表面和相机之间的距离。为了得到更好的效果，通常会进行数据校准。

ToF 3D相机技术按照具体的实现方式，又可以分为iToF（indirect ToF）和dToF（direct ToF）。iToF又分为连续波（Continuous Waveform）ToF和脉冲式（Pulse Based）ToF，如下图所示：

dToF (direct time-of-flight) ，即直接飞行时间测距法，通过内部定时器计时的方式直接测量由发射端发出激光脉冲的时间tstart与经物体反射后回到接收端tstop的时间差，结合光速c，获取距离深度数据d，与下文提到得通过信号相位差来间接测量发射信号和接收信号的时间差的方式相比，这种测量时间差的方式更为直接，因此称为直接飞行时间测距法。

直接飞行时间测距原理直接且简单，但技术层面对发射端的光源、接收端的图像传感器，以及实现同步、时间检测相关电路都有着很高的要求。比如对发射端来说要产生这种短脉冲就有一定要求，而接收端的图像传感器也需要使用灵敏度极高的光探测技术来检测微弱的光信号，如单光子雪崩二极管（SPAD）技术。

连续波CW iToF的基本原理是通过把光调制成固定频率f的正弦波，发射端按照频率f发射正弦波，在采集返回的光能量时，CW iToF会开通多个窗口，对多个窗口收集的数据做采样，解析出一个周期内发射和接受之间的相位差信息，然后通过以下公式获得距离信息。

下图是Pulse iTOF的原理示意，通过把光调制成固定频率f的方波，发射端按照频率f发射脉冲信号，接收端的传感器由两个电子快门（s1, s2）组成，S1窗口的频率和相位与发射脉冲是一致的，S1和S2窗口在打开（高电平）时，在各自的时间内积累由物体反射回来的光子，通过计算s1和s2不同的能量值比例，解析出信号相位，从而推算出发射信号和接收信号的时间差，进而获得距离数据。

相比CW-iToF连续波调试方式，Pulse iToF 解算深度更简单、计算量更低，对于平台后端处理能力要求也相应更低。从Pulse iTOF的原理看，Pulse iTOF是在短时间窗内发射高强度光脉冲，从而可以减少背景光信号的影响，使其对环境光变化的适应性更强，对场景运动模糊等问题的抵御也更好。（引自黄烨峰的文章）

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ToF技术的优势表现在多个维度，包括探测距离，角度，帧率，抗光性，性价比等；在对精度要求在mm级别以上的场景中，ToF技术具有比较大的优势。