最近国内疫情反复得比较厉害，除了标配的核酸测试点肉眼可见地增加了起来外，还有些可可爱爱的“小帮手”也集体上了岗。喏，小编在办公室楼下就捉到了“一只”：
▲ 一只小可爱突然出现
其实，像这样的“小帮手”在我们的生活中早早就出现了，比如扫地机器人、传菜机器人、AGV小车等。如此种种，给我们的生活带来了更多的便利和舒适。慢慢地，除了室内，在更多户外的场景中，也出现了它们的身影，就像这里提到的户外防疫车，乃至于园区物流车、园区送餐车、清洁车、巡逻车等。
▲ 在户外工作的机器人小伙伴们
对于它们来讲，都有着一个相同的特点，那就是“知进退”。换句话说：自己的路得自己看着走，遇到障碍物知道躲，走进死胡同晓得退。帮助它们获得这个能力的关键技术之一，就是我们所说的激光雷达（LiDAR）；而不同的是，在不同应用场景和需求下（如室内外、速度快慢、测距远近等），对它们能力级要求则大相径庭，LiDAR实现测距的技术手段也不尽相同。
▲ 知道前面有人得停下的小可爱
LiDAR中最常被用的激光测距方法有三种：脉冲式激光测距（直接ToF）、相位式激光测距（间接ToF）、三角测距。前两者属于飞行时间法（Time of Flight，ToF），最后一种属于空间几何法。（三种方法的详细介绍，感兴趣的小伙伴可以
对于像防疫小车这样的户外、低速、中短距的应用，哪一本“武功秘籍”是最适合拿来修炼的呢？
iToF的喜与忧
三角法首先会被排除。因为其精度会随着距离的增加逐渐变差，而且由于在此系统中，光电探测器接收的是待测目标面的散射光，一般仅适合室内近距离工作，而不适合在户外强光背景或者室内强光背景下工作。
再来看看ToF。Time of Flight，即飞行时间法，通过计算信号光发射到从物体返回的时间差计算待测物体距离：
直接飞行时间法（Direct ToF）：发射窄脉宽（ns级）信号光，信号光从物体反射后使用探测器接收反射光，通过判断回波信号时间来计算探测物体的距离。dToF LiDAR在探测器端常采用MPPC、APD、PIN PD器件，配合时间计算芯片和电路对距离进行解算。
间接飞行时间法（Indirect ToF）：发射经过调试的信号光，接收到的反射调制光和发射的调制光之间存在一个时间/相位差，通过检测时间/相位差即可测量物体距离。iToF LiDAR在探测端需使用特殊功能的探测器，通过探测器内置电路实现反射光的积分和电荷转移功能，外置时序发生器和算法电路实现距离的检测。
不同的原理让两者各自拥有不同的擅长领域：
dToF探测端可选高增益的探测器，同时脉冲激光的发射角小，能量在空间相对集中，瞬时功率大，利用这些特性可制成各种中远距离的LiDAR，实现从数m到数百m的测量距离，很多无人驾驶汽车中使用的LiDAR模组就是采用的dToF的方案；
iToF因探测器端无增益，最远探测距离则只能到10 m~20 m。但是，iToF探测器则更具有灵活性，探测器件往往采用CMOS工艺制造，无需高压操作，可以灵活实现单点/线阵/面阵探测器设计。采用线阵/面阵探测器时，因探测器本身具有一定视场角，测距时也无需像dToF方案那样扫描装置，模组结构更加简单。
所以在像类似防疫小车这样的户外、低速、中短距的应用中，理论上两种方法都可以，但就性价比来讲灵活度更好、结构更简单的iToF方案往往被选中。然而，也正是这样的原理和它所使用的CMOS图像感器本身的特性，也给iToF带了在灵敏度、测量距离和环境光干扰方面的差强人意（相对于dToF而言），也是它一直在面对着这样的一些课题：
1、让探测灵敏度更高，更快速、精准的识别出障碍物；
2、可以测得更远的距离，满足部分中长距应用需求下低成本方案的需求；
3、环境光影响更小，户外工作无压力。
进击的CMOS距离图像传感器
为了整体系统性能的提升，作为探测器的图像传感器得挑起大梁。
首先，“近红外增强”这一招是必须得练的，即提高对940 nm、905 nm、850 nm光的探测灵敏度，继而可以提高整体LiDAR模组的灵敏度；
然后，提高单像素等效容值，就可以让传感器的电荷积分更多、积累电荷时间更长，这有益于更长距离的测量；
最后，普通的图像传感器很容易饱和，抑制背景光的能力，可以从探测器本身信噪比的提升和后续电路优化来提高。
围绕着这些需求痛点，滨松基于iToF需求的第二代距离图像传感器诞生了。产品涵盖了线阵/面阵的应用。采用改进背照式工艺，具有小封装尺寸、近红外高灵敏度、背景光抑制、高动态范围等一众特点。
近红外高灵敏度
通过新型背照式结构，在905 nm~940 nm波段，滨松第二代CMOS距离图像传大大提升了探测灵敏度，相较上代产品提升水平超过了60%。
大像素尺寸
滨松第二代距离图像传感器，通过进一步加大了像素尺寸，提高了单像素等效容值，可以存放更多的电荷。
背景光抑制
滨松第二代距离图像传感器内置了背景光抑制电路，降低了环境光影响，在弱信号强背景光环境下大大提升了测量的信噪比和距离探测精度。通过这个功能，可护航室内强光或户外日光环境下LiDAR模块的正常工作。
无损读出：高动态范围
新产品具有无损读出功能，可以在无电荷损失的情况下读出帧内不同积分时间的信号。
如果入射信号较强（物体较近且具有高反射率）或环境光较强，距离图像传感器很容易饱和，因此必须缩短积分时间。如果入射信号或环境光较弱，则必须增加积分时间。这些问题可以通过使用无损输出来解决。通过无损读出，可以读出帧内不同积分时间的信号，通过选择具有最佳积分时间的信号，实现较宽的动态范围，进一步抑制了环境光的影响。
靠着背景光抑制电路和无损读出两大“法宝”，基本可以跟环境光影响说bye bye，跟无压力户外工作说hi hi啦！
除了探测器本身以外，滨松还可提供配套的ASIC，帮助用户轻松解决外围控制问题，上手即用。
▲ 滨松第二代iToF用距离图像传感器用ASIC，
对于iToF来说，除了我们今天聚焦的室外/室内强光环境下低速、中短距离应用以外（如无人机定高，室外大型扫地机、室外机器人、园区小型物流车等），还有着更广阔的应用，如传送带物体检测、安检摄像头等。
▲ iToF更多的适用场景
在具体的应用场景之下，根据具体的需求，将不同的测距方法进行对比，最后才能选择最合适、性价比最高的方案。滨松也可为众多LiDAR方案提供全线的光电探测器、激光器产品，并可满足高度定制化、车规级等高标准需求。
▲ 滨松用于LiDAR的器件
此前我们也推出了诸多关于LiDAR、激光测距应用相关的光电技术干货文章、方案与产品介绍，
THE END
编辑：滨小编
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