苹果iPad Pro上用的ToF技术是什么？

2020-03-23 15:18

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苹果的产品总是发布的悄无声息，受疫情影响，原本计划好的苹果春季发布会开不成了，便悄悄在官网上架了iPad Pro、MacBook Air 和 Mac mini 等数款新品。

其中最受人关注的当属iPad Pro，其功能模块跟大多数iPad产品一样，真正让iPad Pro成为黑科技的，不是背后的浴霸双摄，而是摄像头旁搭载的dToF激光雷达。iPad Pro也成为了苹果首款应用ToF技术的产品。

可能很多人并不了解什么是ToF，ToF是Time of flight的简写，直译为飞行时间的意思。所谓飞行时间法3D成像，是通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行（往返）时间来得到目标物距离。

ToF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机（Transceiver）（或被反射面）之间往返的飞行时间来测量节点间的距离。传统的测距技术分为双向测距技术和单向测距技术。

在信号电平比较好调制或在非视距视线环境下，基于RSSI（Received Signal Strength Indication，接收的信号强度指示）测距方法估算的结果比较理想；在视距视线环境下，基于ToF距离估算方法能够弥补基于RSSI距离估算方法的不足。

ToF又分为iToF（间接飞行时间）和dToF（直接飞行时间），两者之间的原理主要区别在于发射和反射光。

iToF是间接测量时间的一种方法，大部分的间接测量方案都是采用了测相位偏移的方法，即发射的正弦波与接收的正弦波之间的相位差，飞行时间t，也即距离Z，是关于相位差的函数，因此可以解出Z，上述所说的正弦波：横坐标是时间，纵坐标是光强。正是由于基于正向偏压的光电二极管以及其测量电路的时间分辨率比较低，为了避免各种因素的干扰才采用测量相位偏移的方法来达到低于硬件系统时间分辨率的效果。

而dToF是直接测量飞行时间。ToF最初就是希望能直接测量时间来对应距离，但能达到ps级分辨率的测量系统成熟的较慢，即SPAD＋TDC。SPAD single photon avalanche diode，单光子雪崩二极管，这是一种能在ps级的时间内产生响应电流的器件，其工作原理是采用反向偏压的光电二极管，使其工作在超过击穿电压而尚未击穿的很小的一个电压范围内，此时的二极管处在非常敏感的工作区间，因此只要有微弱的光信号即可引发其产生雪崩电流，相应速度极快。