2. ToF技术基础
ToF（Time of Flight，飞行时间）测距的核心思想非常朴素：光在介质中以有限速度传播，只要测出光从发射端出发、经目标反射后回到接收端所经历的时间，就能换算出距离。设往返时间为 t，光速为 c，则距离 d = c·t/2。这个公式是全部ToF技术的共同起点，iToF与dToF的差异，本质上只是“如何测出这个时间”的工程路线不同。
一、测距原理：从光速到相位
光速约为 3×10⁸ m/s，1 米距离对应的往返时间仅约 6.67 ns。如此短的时间若直接测量，对计时电路要求极高，因此工程上分化出两条路线。
dToF（直接飞行时间）：发射一个极短的光脉冲（典型为纳秒甚至皮秒级），用高精度时间数字转换器（TDC）或单光子雪崩二极管（SPAD）记录光子到达时刻，直接统计往返时间。它像“秒表计时”，脉冲越窄、计时分辨率越高，测距越准。
iToF（间接飞行时间）：发射经过正弦或方波调制的连续光，接收端测量回波相对于发射信号的相位差 Δφ。由于一个调制周期对应固定时间，相位差即可换算时间：t = Δφ/(2πf_mod)，再代入距离公式。它像“用相位尺量时间”，调制频率决定无模糊量程。
dToF: d = c · t / 2 （直接计时）
iToF: d = c · Δφ / (4π · f_mod) （相位换算）
无模糊量程: d_max = c / (2 · f_mod)由公式可见，iToF 的调制频率越高，测距精度越好，但无模糊量程越短；dToF 则受脉冲宽度与计时抖动限制。这决定了二者在精度、量程、功耗上的不同取舍。
二、iToF与dToF的关键区别
两者并非简单的新旧替代关系，而是面向不同场景的互补方案。下表从测时方式、器件、量程、精度、抗环境光能力等维度做对照。
| 对比维度 | iToF（间接） | dToF（直接） |
|---|---|---|
| 测时方式 | 测相位差 Δφ | 直接计时 t |
| 核心器件 | CMOS图像传感器+调制光源 | SPAD阵列+TDC |
| 典型量程 | 0.1～5 m | 0.1～数十米 |
| 距离分辨率 | 高（mm级） | 中（cm级） |
| 抗环境光 | 较弱，需调制解调抑制 | 较强，靠时间门控 |
| 多径干扰 | 明显 | 相对较弱 |
| 功耗/成本 | 低 | 较高 |
| 典型应用 | 人脸识别、手势、近距离建模 | 手机对焦、避障、激光雷达 |
三、系统组成
无论iToF还是dToF，一套完整ToF系统通常包含以下模块：
- 发射端：VCSEL或EEL激光器、驱动电路、扩散片，负责产生调制光或脉冲光。
- 光学接收端：镜头、窄带滤光片（只让工作波长通过，是抗环境光的第一道防线）、传感器。
- 传感与读出：iToF为调制像素与相关采样电路；dToF为SPAD阵列与TDC。
- 处理单元：完成相位解算或直方图统计、深度计算、校准与滤波。
- 控制与接口：时序控制、温度补偿、MIPI/USB等数据输出。
四、关键性能指标
评估ToF模组时，以下指标最值得关注：
- 测距精度与准确度：精度指重复性（随机误差），准确度指与真值的偏差（系统误差），二者需分开评估。
- 量程与无模糊范围：iToF由调制频率决定，dToF由脉冲周期与计时范围决定。
- 帧率与积分时间：帧率越高动态场景越好，但积分时间缩短会降低信噪比。
- 视场角（FoV）与分辨率：决定空间覆盖与点云密度。
- 环境光抑制能力：常用户外阳光下的有效测距保持率衡量。
- 功耗与温漂：温度变化会引起相位偏移与计时漂移，需标定补偿。
五、典型应用场景与常见误区
场景举例：手机前置iToF用于人脸解锁与手势识别，强调近距离高分辨率；后置dToF用于快速对焦与AR遮挡，强调中远距与响应速度；扫地机器人用dToF做建图避障；工业与车载激光雷达则大量采用dToF架构。