欧美人妻偷人精品|欧美视频在线第12页|久久国产综合久久精品|在线日韩制服中文字幕视频|九九99九九在线精品视频|亚洲国产中文制服另类久久|国产一区二区三区激情在线观看|中文无码精品A∨在线观看不卡

       2020年蘋果發(fā)布了新一代的iPad Pro，其中，基于TOF技術(shù)的激光雷達掃描儀是這款平板電腦的亮點，一時間引起了行業(yè)內(nèi)外激烈的探討，蘋果官方宣："特制的激光雷達掃描儀利用直接飛行時間（DToF），測量室內(nèi)或室外環(huán)境中從最遠五米處反射回來的光。它可從光子層面進行探測，并能以納秒速度運行，為增強現(xiàn)實（AR）及更廣泛的3D傳感應(yīng)用領(lǐng)域開啟無盡可能"。究竟什么是DToF，該技術(shù)在iPad中又是如何工作的呢，未來的改進空間又在哪里，本文會帶來詳細的解讀。 

       DTOF，全名"Direct-Time-of-Flight"（直接飛行時間測距法），是3D深度攝像的方案之一， DTOF投射整個面，根據(jù)反射時間計算深度信息，具有測距范圍遠的特點。優(yōu)勢在于針對需要一定距離測繪的應(yīng)用，如人的動作識別，建筑物識別，場景識別建模等。

圖1. 蘋果對于DTOF的宣傳

       DTOF（Direct Time of Flight）是一種利用直接飛行時間來進行測距的激光雷達，其測距原理為計算光脈沖從發(fā)射到與目標反彈并接收的時間，從而通過光速求出目標距離。iPad搭載的這款DTOF視角約為60°×48°。光在一個較大視場角的情況下會隨距離迅速衰減，為了保證探測距離，蘋果采用了DOE元件進行點陣發(fā)射，每個點陣覆蓋約1°×1°的范圍。

圖2. iPad DTOF發(fā)射點陣圖

       iPad的DTOF分為兩種工作模式，分別為正常工作模式和省電模式，上圖2中左邊為正常工作模式，共計576個發(fā)光點，而右邊為省電工作模式，僅有144個點在同時工作。而且這些點也并不是同時都發(fā)光的，使用高速相機拍攝的情況下，不同的發(fā)光點交替發(fā)光，如下圖3所示。

圖3. iPad DTOF發(fā)射點陣瞬時圖

       經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)其發(fā)光點分為四組，輪流發(fā)光，以一個單元為例，其發(fā)射順序如下圖所示：

圖4. iPad DTOF發(fā)射點陣順序圖。

       圖中我們用不同的顏色標記了不同的發(fā)光順序，我們可以看到在每一行，發(fā)光的順序為1-2-1-2重復(fù)或者3-4-3-4重復(fù)的。這也是源自于特殊的VCSEL設(shè)計。據(jù)悉這款VCSEL是由Lumentum提供，整個VCSEL采用共負極設(shè)計，正極分為四個大區(qū)域，驅(qū)動信號可以分別控制這四個大區(qū)域中的一個。激光器部分的結(jié)構(gòu)圖如下圖5所示：

圖5. iPad DTOF發(fā)射點陣順序圖，（圖片來源網(wǎng)絡(luò)）

       由圖中可以看到每一排為4個發(fā)光點，分為16排，分四組，共計64個光點。然而實際中卻出現(xiàn)了576個光點。這是因為在發(fā)光端采用了DOE元件，在上、下、對角線三個方向分別產(chǎn)生了±1級的衍射，將一個發(fā)光點擴展為了9個。從下圖6可以看到，除了紅色方框內(nèi)為原本的0級，±1級衍射之外，其余的光點均為DOE元件衍射的結(jié)果。

圖6. iPad DTOF發(fā)射點陣衍射圖。

       對于DTOF測距，最重要的是使用多個脈沖產(chǎn)生一個直方圖，其工作原理大致可用下圖7解釋：

圖7. DTOF測距原理（圖片來源網(wǎng)絡(luò)）。

       產(chǎn)生距離核心為生成光子計數(shù)的直方圖。而直方圖的粗細程度則直接決定了測距的精確度。當(dāng)光脈沖的功率大的時候，產(chǎn)生的直方圖需要少量的脈沖即可，但是直方圖與原始的光強度包絡(luò)相差較大。而當(dāng)光脈沖功率較小時，雖然產(chǎn)生一張直方圖所需要的光脈沖數(shù)量較多，但是直方圖描繪的包絡(luò)與光強本身的包絡(luò)曲線符合度較好。

       在這一代的DTOF sensor上，其全局幀頻為30fps，每一幀包含8個子幀。按照前面的四組發(fā)光點，每組發(fā)光點負責(zé)兩個子幀。在每個子幀內(nèi)，則為很多個脈寬約2-3ns的脈沖，每個子幀大約包含80,000個脈沖，每秒會產(chǎn)生約480萬個脈沖。

       這里對于索尼所選擇的的脈沖數(shù)量和功率還是很有爭議的。對于SPAD來說，每個脈沖內(nèi)信號光子數(shù)盡量的多才能保證每個脈沖有更大的概率被探測到。而且，脈沖數(shù)量越多，儲存直方圖所消耗的內(nèi)存、傳輸直方圖消耗的帶寬都會成比例增加。這也對芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲和傳輸帶來了極大壓力，據(jù)估算，當(dāng)前需要超過10Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率才能將所有的信號完整傳輸出來。既然蘋果和索尼這樣選擇，那么他們對于自己的技術(shù)也是有相當(dāng)?shù)男判牡摹?/p>