上面视频是dToF的统计直方图,如果不熟悉dToF原理的人,可能对于上面视频里的直方图能够算出距离会惊奇。说实话,我第一次看到这个统计直方图,也没想到这个图能够寻峰演算出距离,从而能够成像。这可能是ToF神奇而美丽的地方,能够将距离通过光电转换出来。

DToF,是直接根据脉冲发射和接收的时间差来测算距离。激光发射的瞬间,电子时钟被激活。光束操纵单元将脉冲引导到所需方向。脉冲从目标反射回来,一部分被光电探测器所接收。

在响应中,与前端电子器件连接的光电探测器产生电信号,从而使时钟生效。通过测量飞行时间Δt,计算出与反射物体之间的距离d,计算式为d=cΔt/2,其中c指光在介质中的速度。视频里的count就是dToF寻峰的Signal,而time就是Δt,看过前面AMS和ST的文章介绍,应该知道从time里面的两个Bin差就是Δt,我们视频里面的开始BIn就是原点(已经是调节TDC Offset使其坐落在原点位置)。当然视频左上方还有Raw ToF, Distance以及DToF中最难解决的Pile up参数。





dToF直方图之美_BSI


上面视频里如果你能看懂,那么就能理解对于dToF单点的测距问题,对于大部分的描述在AMS和ST里的手册都非常的详细,有疑问的可以后台来找我探讨,今天我们单纯从上层讨论成像的问题。dToF面阵是所有的dToF单点阵列,对于多少个SPAD阵列才能成像这就是一个很有意思的问题,这里面涉及到分辨率和市场应用导向。单点有3X3,8X8,4X4,而大面阵里可能到100X100,QVGA,VGA,分辨率越大如果能pitch size做的越小是有好处,具体的好处就是能够Binning,做HDR等更兼容市场的应用。



dToF直方图之美_工艺_02


这个直方图能表征出一个问题



dToF直方图之美_工艺_03


以上是一个小面阵的分辨率,第一张是直方图,后面是基于直方图寻峰出来的成像ToF图,Peak图,以及噪声Noise图。对于成像很好理解,所有的单点ToF距离组合成一个二维数组,从二值0和1的差值变化中自然能成像,但是成像质量的好坏,这就涉及到SPAD的PDE光子探测效率,SPAD的感光性能。

作为dToF算法工程师,应该是对直方图敏感的,直方图的每个Count峰都会表征出问题,因为dToF的输出只有直方图,观察直方图能够逆推出dToF的很多东西,这也是大多数公司不愿意开放直方图和Raw data的缘故。在Histogram算法做的最好的是ST,他们将很多算法集成在SoC,能够兼容很多的场景 。如果想更大深度的研究dToF,你就硬锤死磕直方图即可,不要去看后端的ToF图和点云图,那基本都是掩盖了事实的,你看到的不一定是你看到的。