首发|安思疆科技获A+轮融资，发布国内首款可量产消费级3DLidar产品( 二 )

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连续波调试iToF示意图 [1]

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脉冲波调试iToF示意图[2]
在iToF技术中，系统的测距精度与调制光波的相位差解析精度成正比，系统的测距范围与调制光波的频率成反比。频率越低，虽然测距范围增大了，但会带来相位差的解析精度下降，进而测距精度随之下降，因此iToF的测距精度随距离增加而下降。在一些产品中，为了平衡这一矛盾，采用了双频或者多频的技术，即在不同距离采取不同的调制频率，不过这就增加了系统复杂度，而且当场景中存在深度跨度比较大的情况下，仍然会出现问题。而dToF由于技术原理不同，则天然不存在此问题。

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iToF距离与测距精度的矛盾关系
此外，iToF技术中的相位差本质上是通过iToFCMOS sensor所采集不同时间窗口的接收光能量比值关系得到的，因此属于传统的光子能量积分的信号采集方式，在像素的曝光时间内不断收集接收光子的能量，而不去区分具体光子到达的时间，也就无法区分光子的具体飞行路径所对应的飞行时间，则会存在多径干扰问题。同理，在物体边缘所对应的成像像素区域，会同时接收前景和背景反射回来的光线，所收集的光子能量叠加在一起，进而去解算一个平均的相位差，得到的是平均ToF值。因此，从技术原理上iToF一定会存在物体轮廓不清、棱角形状失真、无法区分相邻两物体等问题，为了缓解这类问题，需要对初始深度做比较重的后处理算法，但会增加AP负担，且可能影响实时性。

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多径干扰：理想情况是按照蓝色路径进行测距，但是墙面等物体的反射光也会传播到目标物上再经过反射回到相机（红色光路），且实际会存在多条路径
多径干扰（Multi-Path）是iToF存在的严重的问题之一，这一问题目前很难缓解，会导致比如深度错误，直角变圆角，镜像等问题。而dToF受益于其测量原理，则没有这一担忧，非理想路径的其他路径能够很容易地被滤除。
基于高偏置SPAD的dToF技术

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SPAD工作原理及光电特性[1]
dToF技术则实现了对飞行时间Δt的直接测量，采用脉冲信号方式，sensor内部的每一个像素都直接测量达到光子的往返时间，具有灵敏度高的优点，避开了测量往返信号的相位差所引入的各种问题，并且不存在光电子积累的过程，其测量精度受光噪声的影响比较小，较低的信噪比要求有利于系统功耗的下降。dToF系统需要一个高速的光电探测器和高精度的时间数字转换电路，即SPAD+TDC的组合，其中SPAD是单光子雪崩二极管Single Photon Avalanche Diode,这是一种能够在ps（10-12s）级的时间内对微弱光信号产生强响应的器件，其原理是高偏置，深势阱的结构可诱发单光子产生雪崩电流，这也是为什么自动驾驶中的Lidar系统必须使用雪崩二极管来探测远距离反射回来的光信号，而一般CMOS sensor是很难做到的。TDC是时间数字转换器Time Digital Converter，类似于日常生活中的秒表，能够记录光子每次‘折返跑’的时间。

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dToF系统示意图
dToF激光发射端采用极窄脉冲调制方式，单个发光脉宽可达数百皮秒级别，占空比可低至0.1%，因此发射端的平均功耗比iToF低很多。发射端通过高速信号连接与接收端的TDC进行精准时间同步，发射光经过前方目标折返后，处于接收端的SPAD sensor能对光信号进行ps级的超高速光电转换，产生脉冲电流，这一脉冲电流会将计时‘掐断’，此时TDC即可直接得到光信号的飞行时间Δt 。由于是直接对飞行时间进行测量，不存在解析相位差精度与频率的反比关系问题，因此dToF在信噪比能保证的情况下精度不随距离增加而下降。