【DTOF传感器】光子飞行时间传感技术

DTOF系统

概念：DTOF-Direct TOF，直接测量飞行时间，即测量发射脉冲与接收脉冲的时间间隔。DTOF核心组件主要有VCSEL、单光子雪崩二极管SPAD,以及时间数字转换器（TDC）。DTOF会在单帧测量时间内发送和接收N次光信号，然后记录N次飞行时间做直方图的统计，其中出现频率最高的飞行时间tof用于计算目标距离。

DTOF系统模块

DtoF系统可以分为3个部分，发射端、接收端、算法端。

发射端

激光器发射一定脉冲宽度(pulse width)及一定脉冲频率（pulse spread）的激光，照射到物体表面后反射到接收端传感器。

接收端

发射端发射的激光经物体表面反射回来，投射到接收端的传感器阵列，例如阵列有64*64个pixel。pixel接收光信号的时候，在外加反向偏压情况下，偏压超过它的雪崩电压时，光子照射到传感器表面，产生雪崩信号会被后面电路读出（比较器、脉冲整型器）整型成脉冲信号进行输出，脉冲信号被送到TDC（数字时间转换器，能把时间量化成数字编码）中。

算法端

脉冲信号送到TDC（数字时间转换器，能把时间量化成数字编码）中,可以将激光器发射信号同步到TDC，把SPAD输出的信号同步到TDC这边。将激光器信号当做起始信号START,将SPAD输出信号作为停止信号STOP信号。TDC主要记录START信号和STOP信号的脉冲之间的时间间隔。把时间间隔量化成编码。TDC位宽8bit为例，量化成0-255的code，一个code对应TDC时间，假设TDC分辨率60ps,一个code对应60ps。在激光器一个重复频率里，不只是发射光信号产生STOP信号，由于传感器器件本身原因也会有噪声，噪声称为DCR(暗计数),暗计数也会引发雪崩，暗计数也会产生一个时间，暗计数和环境光的影响，仅通过记录START和STOP信号之间时间间隔不够用来分别物体到传感器真实距离。需要累积发射多次光，得到很多编码code,多个code进行直方图的统计。找到最多code对应的值，认为TDC计算出来的peak值，peak对应的code值记录为depth值。这个depth值就是到物体的距离。

dtof核心是直方图的算法

多次测量得到的直方图，对直方图的进行寻峰，寻峰得到的最多的code对应的peak值也是波动的。所有需要提出一些寻峰的算法提高精度和准度。