因为特殊原因，苹果今年春季没有线下发布会，他们准备好了一系列新品从3月18日起陆续出现在官网。3月18日是“电脑类新品日”，当晚便更新了三款硬件，Mac mini和MacBook Air算是常规操作，升级芯片加大硬盘。而iPad Pro则是一次相对幅度较大的改变，它的目标，是取代电脑（Your next computer is not a computer）。2020款iPad Pro正值第一代iPad发布10周年，10年之前，乔布斯坐在沙发上，拿着iPad告诉人们，手机与电脑中间，仍然可以有一类产品存在的必要，而今天他存在的目标竟然是要取代电脑。
iPad Pro最吸引人的并不是因为加入了“双摄”，而是首次引入了“激光雷达”组件，采用dToF技术，这一发布把本就很火热的dToF技术推向了整个行业关注的焦点。本文将介绍ToF系列相关的技术及应用。
ToF技术解码
原理不复杂，但要实现较高的测量精度，并将发射接收模块小型化并不容易。由于测量光的飞行时间需要非常高的频率和精度，早期的ToF设备在体积上一直存在问题，成本也高，所以多用于工业领域（比如自动驾驶用的激光雷达90%都是采用ToF技术）。ToF的小型化极大依赖于近年来集成电路和传感器技术的突破，使得在CMOS芯片上对光脉冲相位的测量逐渐变得可行。目前最小的ToF模块尺寸只有8*12mm（包括传感器，镜头IR发射器及电路）。
iToF or dToF?
dToF，direct Time of Flight, 顾名思义就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，dToF大多依托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。但SPAD工艺非常复杂，世界上能做的厂家较少，集成难度高，而SPAD的初衷并不是用来测距，而是用来记录一些超快实验的过程。这也是为什么先前一直没有厂家将dToF方案塞进手机平板产品中的一大原因，不过现在逐渐有厂家开始将dToF技术引入到扫地机器人这样的产品中，不过模组体积要比iPad Pro上大很多。
TDC，Ttime Digtal Converter，时间数字转换电路， 通过与发射端的时间同步，接收到的光信号能够在ps级的时间内产生电流并被TDC探测记录，经过N次的发射与接收，TDC能够记录n次（n<N）光飞行时间，于是生成一个关于飞行时间分布的直方图，求其出现频率最大的飞行时间值即为目标值t，z=c*t/2，即得距离。
iToF，indirect Time of Flight，顾名思义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，然后间接计算得到飞行时间，最后再得到距离。常见的有四步相移法和两步相移法等。因为iToF输出一帧深度图像通常需要采集多个相位的图像数据来计算相位差，因此iToF相对整体功耗比较高，而且提高深度图的帧率会比较困难。为了解决这些问题，iToF采用增加脉冲瞬时功率、多像素融合Binning的方式来提高信噪比，从而降低功耗，增大探测距离，不过iTof的优势是因为sensor 的pixel相对较小（可以做到5um，甚至3.5um）,所以分辨率可以做高。
pToF, pulse Time of Flight，脉冲飞行时间。pToF的核心原理是对探测物体打一束时间极短的激光，通过直接测量激光发射、打到探测物体再返回到探测器的飞行时间，来反推探测器到被测物的距离。由于光的飞行速度极快，因此该方案需要一个非常精细的时钟电路（通常是ps级）和脉宽极窄的激光发射电路（通常是ns级），因此开发难度和门槛较高，但一般采用pToF原理的激光雷达通常都能达到百米级别的探测距离。
3D深度技术
结构光 | ToF | 双目 | |
ToF技术的应用
TOF技术具有丰富的应用场景，在汽车电子、工业、安防、AR/VR、消费电子等诸多领域都有应用。
汽车：ToF技术可以用于感知传感器（比如激光雷达），对行车环境进行感知，从而获取环境信息以增加安全性等，用于自动驾驶、防撞自动刹车等等。
工业现场：利用深度视觉识别外界环境、规划路径、实现避障工作等等；还可以进行工业定位、工业引导和体积预估等等。
安防监控：利用景深进行人数统计（People counting，俗称“数人头”），确定进入某区域的人数；通过对人流或复杂交通系统的人数统计，实现对安防系统的统计分析设计；以及敏感地区的检测对象监视等等。
AR/VR：ToF提供了一种实时的远方影像，可以非常简单地用来记录人体动作，识别表情，制作影视特效等等。比如Xbox Kinect二代就用了这种技术。
