大家知道，光速是每秒约30万公里，即C=300000000米/秒。如果想用光速测量距离，一般要非常远才行。
然而，现在出现了一款相机，可以集成在手机内，用光测量几米到几十米的短距离。假设要测15米的距离，光到达被测物体再返回，来回为2倍的被测距离，即30米，那么光飞行所需要的时间是：
30/300000000=0.0000001秒=0.0001毫秒=0.1微秒=100纳秒
图1：光测距原理
用相机进行纳秒级别的测量？这在以前很难想象，它是怎么实现的呢？
一、100纳秒是什么概念呢？
人类眨眼的时间是几百毫秒；典型照相机的最短曝光时间为一毫秒；炸药引线烧完到爆炸时间为几十微秒。
如果我们采用传统的测量方法，很难将100纳秒测量准确，掐表的误差已经远超100纳秒了。
不过我们常说的5G信号，其信号周期就只有0.2纳秒。高速的电子电路，有可能识别超快光速的细微差别。
二、怎样才能将100纳秒测量出来
能不能用很高频的光波去测量距离呢？TOF相机就是这样工作的。
TOF（Time of flight）直译为“飞行时间”。其测距原理是通过给目标连续发送经过调制的高频红外光脉冲，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。
我们用图简单说明一下：
图2：发射光脉冲及反射光脉冲
图2中，第一行是发射出来的光脉冲信号，其宽度为tp，我们可以设定tp=200纳秒。
接收端以下几种可能：
情形1：第二行的反射光脉冲1是个特例：也就是发射出去的光脉冲没有任何延迟，全部被接收，所以这时候测量距离为0。
情形2：第四行的反射光脉冲3也是个特例：也就是发射出去的光脉冲在发射完毕后才回来，也就是这个光脉冲延迟超过了tp的时间，即200纳秒。上面算过光100纳秒走30米，那么这个光脉冲走过的来回路程就是60米，测量距离为30米。超过这个距离，相机就分辨不出了，所以这是设计的最远测量距离。
情形3：重点在第三行，它的反射光脉冲2刚好位于tp时间内，分成两部分，t1和t2。如果这时候有示波器，我们能很容易测量出来脉冲延迟时间t2，假设是t2=150纳秒，那么可以很容易算出光走过的路程：150纳秒x光速=2倍的被测距离=45米。
虽然t2是从发射脉冲结束开始测量的，不过无论从脉冲开始测量，还是从脉冲的中间测量，总的延迟都是等于t2。
问题是，我们不可能照相的时候带一个高速示波器。那么怎样才能准确的知道t2的数值呢？
三、联动快门区分延迟光信号和非延迟光信号
我们知道，t1加t2刚好等于tp。我们可以用t1和t2时间段接收到的光子比例算出t2的具体时间。
图3：联动快门区分非延迟光信号和延迟光信号
图2的左边，接收1与发射在同一快门内，即发射的同时进行接收，所接收到的就是t1时间段内到达的光子数（可以叫Q1）。
发射完毕，高速快门瞬间切换到图右边，接收2开始接收，所接收到的就是t2时间段内到达的光子数（可以叫Q2）。
而Q2占总接收到的光子（Q1+Q2）的比例，再乘以脉冲时间tp，就是准确的t2.
公式1表示了t2的计算方法，公式2表示了距离的计算方法，公式3是前两个公式的综合。
当然，单次的光脉冲信号太弱，为了更好的区分，可以快速曝光几千次（500纳秒一次，一千次也只需要500微秒），直到信号能被比较电路测量出来。
小结
TOF相机（可以叫光测距相机吧）充分利用了电子技术的特点：比如高速镜头快门；发射接收高频光脉冲信号，调制的光脉冲频率可以高达100MHz；并用差分信号比例计算出延迟时间，从而可以用光测量很近的距离。
能如普通手机具备光测距功能，分辨率高的甚至可以识别立体的人脸轮廓，不能不让人惊叹。（大象韩 20201128）
