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ITOF工作原理：indirect time of flight，是間接測(cè)量時(shí)間的一種方法，大部分的間接測(cè)量方案都是采用了測(cè)相位偏移的方法，即發(fā)射波與接收波之間的相位差，也有通過測(cè)量其他物理量來間接測(cè)量時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出探測(cè)物體的距離，例如FMCW。

DTOF工作原理：direct time of flight,直接測(cè)量飛行時(shí)間。通過ps級(jí)分辨率的測(cè)量系統(tǒng)（多采用SPAD+TDC），直接獲得發(fā)射與對(duì)應(yīng)的接收端觸發(fā)的時(shí)間差，即為飛行時(shí)間t，從而計(jì)算探測(cè)物體的距離。

背景光通常指太陽光。

干擾光：太陽光以外的光都叫干擾光，如同類設(shè)備之間的干擾。

要做到抗背景光或者干擾光，就需要對(duì)信號(hào)選擇性的接收，也就是說要對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，飛芯目前A系列產(chǎn)品利用CDMA原理，加入偽隨機(jī)碼達(dá)到信號(hào)識(shí)別的目的，B系列產(chǎn)品采用FMCW技術(shù)，利用光的相干性進(jìn)行信號(hào)的識(shí)別。

CCD與CMOS都是圖像傳感器，目的都是要拍照。兩種圖像傳感器的原理都是需要將光子轉(zhuǎn)換成電子，也就是所說的光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成的電子被傳輸或者轉(zhuǎn)移到輸出端口，最終再轉(zhuǎn)成電壓信號(hào)。二者的區(qū)別在于電子傳輸或者轉(zhuǎn)移的方式不同，CCD是把光子轉(zhuǎn)換成電子包，然后從一個(gè)像素推到下一個(gè)像素，而CMOS傳感器是直接將每個(gè)像素轉(zhuǎn)換的電子存在本地電容，沒有轉(zhuǎn)移的過程。大部分代工廠是用CMOS。

global shutter：通過整幅場(chǎng)景在同一時(shí)間曝光實(shí)現(xiàn)的，Sensor所有像素點(diǎn)同時(shí)收集光線，同時(shí)曝光。

rolling shutter：它是通過Sensor逐行曝光的方式實(shí)現(xiàn)的。

Global Shutter跟 Rolling Shutter 相比，主要是Global Shutter在每一個(gè)像素上都增加了一個(gè)存儲(chǔ)單元，才使得所有的像素能夠同時(shí)曝光。

讀出的時(shí)候，先行選，再傳輸?shù)搅锌偩€，再用列總線AD進(jìn)行轉(zhuǎn)換。即行選列讀出。

像素單元通常被視為圖像的最小的完整采樣單元，陣列是指多個(gè)像素按照矩陣排列。

TDC，time digtal converter，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，通過與發(fā)射端的時(shí)間同步，接收到的光信號(hào)產(chǎn)生電流觸發(fā)TDC并被記錄，由此獲得發(fā)射器發(fā)射出的光子與傳感器接收到光子之間的時(shí)間間隔。 把時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

DTOF芯片設(shè)計(jì)中需要把回波時(shí)刻轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，放在存儲(chǔ)單元里記錄下來。

雷達(dá)意思為‘發(fā)射波探測(cè)和測(cè)距’，即用發(fā)射波的方法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并確定它們的空間位置。雷達(dá)可以是任意一種波，既有超聲波也有電磁波。我們說話用聲波，在海底用做雷達(dá)叫做聲吶；用在車上叫做超聲波。

雷達(dá)的工作原理為：測(cè)量發(fā)射波往返雷達(dá)和探測(cè)物之間的時(shí)間。

雷達(dá)的分類有：超聲波雷達(dá)；聲波雷達(dá)；毫米波雷達(dá)；激光雷達(dá)；微波雷達(dá)等。

激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)異同：激光雷達(dá)用的是光波，毫米波雷達(dá)用的是電磁波。光波與電磁波速度一樣，即每秒30萬公里，但是毫米波波長要比激光波長長，因此毫米波穿透力更強(qiáng)。如空氣中有Ph2.5，說明空氣中有大量的2.5微米直徑的顆粒，如果波長長的話一個(gè)點(diǎn)射就過去了，光波就會(huì)發(fā)生散射，穿不過去，所以無線電通信都是用毫米波或微波。

波長長的優(yōu)勢(shì)具有穿透力，缺點(diǎn)則是不能成像。光波波長短，空間分辨率高，能看到細(xì)節(jié)，所以能成像；如果用電磁波，只能判斷前方有物體，但是分辨不了具體形態(tài)，假定能成像的話，顯而易見就能分辨出是人或物體。所以用不同波長做雷達(dá)具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)與差異，未來在車上既可能用到毫米波雷達(dá)，又要用到激光雷達(dá)還要用到攝像頭，每個(gè)傳感器都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，沒有誰可以替代誰。

兩者發(fā)的信息不一樣：雷達(dá)發(fā)的是已知信息，自發(fā)自收，收到的東西都是有預(yù)期的，只是不能確定從哪個(gè)方向，哪個(gè)時(shí)刻回來而已，這叫已知信源；

通信中接收方在收到信息之前是不知道對(duì)方發(fā)的什么，這叫未知信源。

從系統(tǒng)角度，兩者又很接近，都有發(fā)射、接收端。

作為雷達(dá)而言，我們希望直接發(fā)射出去的光能直接反射回來，但實(shí)際的情況是，有可能我發(fā)射出去的光沒有直接發(fā)射到既定物體上，而是發(fā)射到其他物體上后反射到既定物體上后回到我們這里，產(chǎn)生這種失真的原因之一就是多路徑效應(yīng)。

多路徑會(huì)對(duì)測(cè)距造成影響，由于它是兩個(gè)或多個(gè)路徑回來的綜合加權(quán)平均，一定會(huì)比直接回來的路徑平均下來遠(yuǎn)。

噪聲是時(shí)間上和空間上偏離有效信號(hào)以外的東西，都可以叫噪聲。

噪聲就是在收取信號(hào)過程中所有基于非理想因素帶來的空間上和時(shí)間上偏離信號(hào)以外的東西。由非理想因素帶來的，不想要的東西。

噪聲和信號(hào)是一對(duì)反義詞。噪聲強(qiáng)會(huì)降低對(duì)信號(hào)的準(zhǔn)確判斷。

光電探測(cè)器主要有APD，SPAD，SiPM，Pinned，PIN，PN，CCD，EMCCD，CAPD，Plasmons

ITOF主要用的是Pinned，無增益，（噪聲源主要在二極管以前）。

DTOF主要用SPAD，有無限增益，（噪聲源在二極管以后）。

能量守恒：反射光能量+透射光能量=入射光能量   

增透膜的作用使得光學(xué)元器件表面反射光與入射光的能量重新分配，減少反射光能量，增加透射光能量——主要用在接收端的鏡頭

濾光片：透過限定波長范圍以內(nèi)感興趣的光，排除其他。主要用在接收端，二極管前面。

激光雷達(dá)用905nm, 940nm波長。濾光片的中心波長設(shè)置為905nm，或者940nm, ±30nm。激光光源的正負(fù)偏差主要跟激光發(fā)射的溫度有關(guān)，并且成像系統(tǒng)照在中間和邊緣的位置光成差是不一樣的。

二者都是用在發(fā)射端的光學(xué)器件。

衍射光學(xué)元件（Diffractive Optical Element，DOE），是一種新興的光學(xué)元器件，通常采用微納刻蝕工藝構(gòu)成二位分布的衍射單元，將輸入的激光束控制為各種輸出輪廓和形狀。激光經(jīng)過每個(gè)衍射單元后發(fā)生衍射，并在一定距離處產(chǎn)生干涉，形成特定的強(qiáng)光分布。（衍射之后的干涉形成特定的圖像）。DOE主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)光算法，在需要的FOV里產(chǎn)生點(diǎn)光源。

Diffuser, 一切勻光效果的光學(xué)元器件。讓光斑均勻的散開，形成一個(gè)勻光效果。

TOF里面的Diffuser就是一個(gè)勻光效果，把VCSEL發(fā)出的光變成一個(gè)特定FOV的均勻面光源。

光的干涉：一束光經(jīng)過不同的路徑到達(dá)同一位置，可能由于光程的問題波峰和波峰碰到一起，波谷和波谷碰到一起，這樣就會(huì)疊加，從而增強(qiáng)；如果一個(gè)波峰和一個(gè)波谷碰到一起，就正好抵消，這樣就會(huì)形成條紋。

光的衍射：光的前方有顆粒物遮擋，由于它的尺度遠(yuǎn)小于光波長的尺度，光就可以繞過去。如果光要穿過一個(gè)小孔，孔要是小的話，光穿過這個(gè)小孔就不是沿直線傳播，而是沿一個(gè)衍射面來傳播。由于顆粒和孔比光波長小，光繞過顆?；虼┻^孔時(shí)光的路徑會(huì)發(fā)生改變。

二者差異：干涉是波峰或波谷碰到一起就疊加，會(huì)變強(qiáng)；如果一個(gè)波的波峰碰到另一個(gè)波的波谷就會(huì)抵消，會(huì)變?nèi)?。衍射是?dāng)光要過尺寸比它小的顆?；蚩讜r(shí)，光的傳播路徑會(huì)發(fā)生變化，就不會(huì)沿著直線走。

【光的干涉，兩列或幾列光波在空間相遇時(shí)相互疊加，在某些區(qū)域始終加強(qiáng)，在另一些區(qū)域則始終削弱，形成穩(wěn)定的強(qiáng)弱分布的現(xiàn)象。百度百科】

【光的衍射，光在傳播過程中，遇到障礙物或小孔時(shí)，光將偏離直線傳播的路徑而繞到障礙物后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象，叫光的衍射（Diffraction of light），百度百科】

光的干涉和衍射都證實(shí)了光具有波動(dòng)性。

激光雷達(dá)里，干涉與衍射的一些具體應(yīng)用。

DOE就是激光經(jīng)過衍射單元后發(fā)生衍射，然后產(chǎn)生干涉，形成特定的強(qiáng)光分布。

增透膜和相干探測(cè)都用到了干涉。

相控陣?yán)走_(dá)，即相位控制電子掃描陣列雷達(dá)，由大量相同的輻射單元組成的雷達(dá)陣列，每個(gè)輻射單元在相位和幅度上獨(dú)立受波控和移相器控制，能得到精確可預(yù)測(cè)的輻射方向圖和波束指向。（通過改變子單元相位調(diào)整發(fā)射和接收方向）

優(yōu)點(diǎn)：

1）無需機(jī)械裝置，波束指向靈活，能實(shí)現(xiàn)無慣性快速掃描，數(shù)據(jù)率高；

2）一個(gè)雷達(dá)可同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立波束，分別實(shí)現(xiàn)搜索、識(shí)別、跟蹤、探測(cè)等多種功能；

3）目標(biāo)容量大，可在空域內(nèi)同時(shí)監(jiān)視、跟蹤數(shù)百個(gè)目標(biāo)；

4）抗干擾性能好。

DTOF的噪聲來源于TDC電路，引起TDC電路噪聲的主要有兩點(diǎn)：

1. 時(shí)鐘精度（即由于時(shí)鐘抖動(dòng)引起的時(shí)鐘本身存在的噪聲）；

2. 采樣噪聲（直方圖存在時(shí)鐘寬度，信號(hào)落在這個(gè)檔位中的前中后具有隨機(jī)性，但是計(jì)數(shù)時(shí)按照該檔位中間值計(jì)數(shù)，從而形成的噪聲）。

ITOF的噪聲是由于收進(jìn)來的光子有噪聲（散彈噪聲），光子轉(zhuǎn)化的電子就會(huì)存在噪聲，那么計(jì)算的相位差就會(huì)有噪聲，測(cè)距就會(huì)存在噪聲

每次收入的背景光或信號(hào)光存在起伏，即收入的光子數(shù)具有隨機(jī)性，例如收入10000個(gè)光子數(shù)，代表平均收入數(shù)量（準(zhǔn)度），但是實(shí)際收入光子數(shù)每次存在差異，存在的這個(gè)起伏差異就是所謂的散彈噪聲。如果光子數(shù)為N，則散彈噪聲為√N(yùn)。

灰度圖也可以叫做強(qiáng)度圖，提供了強(qiáng)度信息，也可以理解為提供了大小的信息，這個(gè)大小可以是距離的大小（遠(yuǎn)近）、能量的大小等等，任何存在大小概念的物理量都可以提供該物理量的灰度圖。

彩色圖則是在強(qiáng)度信息、空間位置信息的基礎(chǔ)上另外提供了波長信息（RGB信息）。

1）ROM：只讀存儲(chǔ)器（read only access），只能讀出不能寫，ROM所存數(shù)據(jù)穩(wěn)定，斷電后所存數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。也叫閃存FLASH。

2）RAM: 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（random access memory，RAM）又稱作“隨機(jī)存儲(chǔ)器”，是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲(chǔ)器，也叫主存(內(nèi)存)。它可以隨時(shí)讀寫，且速度很快。

RAM可以分為SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）和DRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器），

SRAM是一種具有靜止存取功能的內(nèi)存，不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

DRAM是最為常見的系統(tǒng)內(nèi)存，DRAM使用電容存儲(chǔ)，需要不斷刷新電路才能保存數(shù)據(jù)。

SDRAM（同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器），為DRAM的一種，同步是指Memory工作需要同步時(shí)鐘，內(nèi)部命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以時(shí)鐘為基準(zhǔn)。

DDR-SDRAM是在SDRAM的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，不同之處在于它可以在一個(gè)時(shí)鐘讀寫兩次數(shù)據(jù)，這樣就使得數(shù)據(jù)傳輸速度加倍，是目前電腦中用得最多的內(nèi)存。

3）激光雷達(dá)電路里，如模組標(biāo)定存儲(chǔ)參數(shù)，開機(jī)需要運(yùn)行的程序，都是存在ROM里的。開機(jī)后不斷運(yùn)算的畫面數(shù)據(jù)需要存在RAM里，通常是DDR-SDRAM里。

無源淬火電路：SPAD雪崩之后的電壓特別高，需要一個(gè)淬火電路瞬間將這個(gè)很高的電壓降下來。

擊穿電壓：就是引起雪崩的電壓。

過壓：工作電壓與擊穿電壓的之間的差值叫過壓。

Deadtime：SPAD無法工作的那段時(shí)間，雪崩到恢復(fù)的那段時(shí)間，即使來了光子SAPD也無法工作。 Quenching+復(fù)位=deadtime。

復(fù)位時(shí)間：Quenching (淬火)之后進(jìn)行復(fù)位，把電壓拉回至正常工作電壓的那段時(shí)間。

暗計(jì)數(shù)，暗電流觸發(fā)雪崩產(chǎn)生的暗計(jì)數(shù)，一般當(dāng)做系統(tǒng)噪聲進(jìn)行處理，消除暗計(jì)數(shù)有助于信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量。

光串?dāng)_：雪崩的時(shí)候產(chǎn)生大量電子，可能會(huì)有少量電子轉(zhuǎn)化為光子，這些光子有可能會(huì)觸發(fā)鄰近像素的SPAD發(fā)生雪崩，對(duì)先前的雪崩產(chǎn)生干擾，叫光串?dāng)_。（就是雪崩產(chǎn)生的二次光子串?dāng)_）。

像素的滿阱電容是指通過光電二極管收集并轉(zhuǎn)移至浮空節(jié)點(diǎn)的最大可用廣生電荷數(shù)。通俗說就是光入射到光電二極管之后，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換將光子轉(zhuǎn)換為電子，電子被電容收集后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)被讀出。電容所能容納的電荷量稱之為阱容量，當(dāng)電子達(dá)到最大阱容量就稱之為滿阱。低的滿阱容量會(huì)降低像素的動(dòng)態(tài)范圍、信噪比及靈敏度。

QE，量子效率，指某一特定波長下單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的平均光電子數(shù)與入射光子數(shù)的比值，是描述光電轉(zhuǎn)換能力的參數(shù)。由于反射等原因，QE值均小于1. 

PDE（Photon Detection Efficiency），光子探測(cè)效率，可以簡單理解為觸發(fā)雪崩的子數(shù)和所有光子數(shù)的比值。

ITOF用QE，DTOF用PDE來進(jìn)行效率描述，因?yàn)閮烧呦袼毓ぷ髟淼牟町?，前者是積分，后者是觸發(fā)。

相關(guān)雙采樣（Correlated Double Sampling, CDS），是根據(jù)圖像傳感器輸出信號(hào)和噪聲信號(hào)的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)，由于圖像傳感器中每個(gè)像元的輸出信號(hào)中既包含有光敏信號(hào)，也包含有復(fù)位脈沖電壓信號(hào)，若在光電信號(hào)的積分開始時(shí)刻和積分結(jié)束時(shí)刻，分別采樣輸出信號(hào)的兩個(gè)電平，即一次對(duì)復(fù)位電平進(jìn)行采樣，另一次對(duì)信號(hào)電平進(jìn)行采樣，將兩次采樣值相減，即可得到信號(hào)電平的實(shí)際有效幅值。通俗理解就是需要進(jìn)行兩次采樣，第一次把KTC噪聲采樣出來，第二次把噪聲+信號(hào)采樣出來，最后相減就能消掉KTC噪聲。

優(yōu)點(diǎn)：CDS可以消除KTC噪聲（電容器上的熱噪聲），可以顯著改善信噪比，提高信號(hào)檢測(cè)精度。

VCSEL陣列可通過采用共陰極或共陽極設(shè)計(jì)，將發(fā)光區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，采用類似在圖書館書架選書一樣，通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇控制不同區(qū)域，實(shí)現(xiàn)分區(qū)點(diǎn)亮。

可尋址VCSEL陣列具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）有效控制出光區(qū)域，可提升峰值功率；（2）通過合適的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)抗干擾能力；（3）具有更好的發(fā)光效率，可節(jié)約系統(tǒng)功耗；（4）散熱性能更好。

indirect time of flight，是間接測(cè)量時(shí)間的一種方法，大部分的間接測(cè)量方案都是采用了測(cè)相位偏移的方法，即發(fā)射波與接收波之間的相位差，也有通過測(cè)量其他物理量來間接測(cè)量時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出探測(cè)物體的距離，例如FMCW。

按照調(diào)制載體分為載波調(diào)制、調(diào)制波調(diào)制。

載波調(diào)制，分為AM調(diào)幅、FM調(diào)頻、PM調(diào)相位以及PolM調(diào)偏振，其中我們熟知的FMCW就是載波調(diào)制中的FM調(diào)頻技術(shù)。

調(diào)制波調(diào)制，分為AM調(diào)幅、FM調(diào)頻。

DTOF：直接測(cè)量飛行時(shí)間，通過直接獲得發(fā)射和對(duì)應(yīng)接收端出發(fā)的時(shí)間差來獲得飛行時(shí)間t從而計(jì)算出探測(cè)物體的距離。

電路構(gòu)成：SPAD陣列、TDC電路、直方圖統(tǒng)計(jì)電路、算法電路、讀出電路。

實(shí)現(xiàn)過程：SPAD陣列感光，探測(cè)到回波產(chǎn)生脈沖，同時(shí)TDC工作記錄脈沖時(shí)間，這是一次脈沖的轉(zhuǎn)換過程。此探測(cè)過程重復(fù)多次，通過直方圖統(tǒng)計(jì)電路記錄多次探測(cè)的脈沖時(shí)刻，最后通過算法電路計(jì)算出實(shí)際的距離，最后讀出電路讀出數(shù)據(jù)。

1）相干：描述波在傳播時(shí)，其物理量在不同地點(diǎn)或不同時(shí)間的相關(guān)特性。這里的相關(guān)特性是由于波相位的變化而產(chǎn)生的。

2）直接探測(cè)：就是DTOF，直接探測(cè)時(shí)間、光速，進(jìn)而得到距離信息。

3）相干探測(cè)：一束光分為兩束，一束本地光，另一束去探測(cè)目標(biāo)物，探測(cè)的回波與本地光相干，得到頻率差，進(jìn)而測(cè)算目標(biāo)物的距離。（本地光的頻率隨時(shí)間在變，然后光跑出去再回來，和本地光頻率已經(jīng)不一樣了，然后兩束光相干，檢測(cè)他們的頻率差得到距離。）

4）載波：指被調(diào)制以傳輸信號(hào)的波形，一般為正弦波。就是用來加載有用信息的高頻波，（因?yàn)橛杏眯畔⒁话愣际堑皖l信號(hào)，需要用一個(gè)高頻或者振幅更大的波（載波）作為載體傳播出去）

調(diào)制波是把低頻信號(hào)疊加在高頻信號(hào)的載波上（一般要經(jīng)過頻譜搬移以及幅值變換），是用調(diào)制信號(hào)調(diào)制以后的非正弦波。

5）相位：對(duì)于一個(gè)波，特定的時(shí)刻在它循環(huán)中的位置，一種它是否在波峰、波谷或者它們之間的某點(diǎn)的標(biāo)度。相位描述信號(hào)波形變化的度量，通常以度為單位。

相位代表延時(shí)。載波，調(diào)制波均有相位。

6）相控陣：即相位補(bǔ)償(或延時(shí)補(bǔ)償)基陣，它既可用以接收，也可用以發(fā)射。其工作原理是對(duì)按一定規(guī)律排列的基陣陣元的信號(hào)均加以適當(dāng)?shù)囊葡?或延時(shí))以獲得陣波束的偏轉(zhuǎn)，在不同方位上同時(shí)進(jìn)行相位(或延時(shí))補(bǔ)償,即可獲得多波束。

7）OPA：光波相控陣形成OPA。

激光雷達(dá)測(cè)距不準(zhǔn)主要分外界、內(nèi)部兩個(gè)方面的原因。

外界原因：1、背景光（強(qiáng)烈的陽光直射會(huì)影響激光雷達(dá)的探測(cè)效果）；2、多路徑效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致探測(cè)距離比原本距離遠(yuǎn)。

傳感器內(nèi)三個(gè)原因：1、噪聲（影響探測(cè)精度）；2、ADC非線性；3、串?dāng)_（影響空間分辨率）。

多路徑問題：在雷達(dá)探測(cè)時(shí)我們希望發(fā)出去的光直接到達(dá)被探測(cè)物體上再發(fā)射回來，但在實(shí)際過程中，發(fā)出去的光可能會(huì)發(fā)到其它不是被測(cè)物體上后發(fā)射到被測(cè)物體再回來，產(chǎn)生的此類失真現(xiàn)象就是多路徑問題。

ITOF中，多路徑問題會(huì)影響下一次的積分電荷，多路徑的光回來得晚，會(huì)被當(dāng)做下一次的回波信號(hào)進(jìn)行積分，從而影響實(shí)際的測(cè)距精度。

DTOF中，多路徑問題會(huì)影響直方圖統(tǒng)計(jì)，直方圖產(chǎn)生多個(gè)峰值，不好判斷哪個(gè)峰值是真正的距離。

外部環(huán)境因素：背景光、干擾光

內(nèi)部二極管因素：PDE、Jitter、dead time、時(shí)鐘精度、檔位寬度

電路端因素：噪聲

內(nèi)部二極管因素：QE、串?dāng)_、調(diào)制對(duì)比度

ISP：Image Signal Processor，圖像信號(hào)處理器（影像處理器），成像的整個(gè)環(huán)節(jié)中它負(fù)責(zé)接收sensor的原始信號(hào)數(shù)據(jù)，可以理解為對(duì)圖像質(zhì)量的第一步處理。

包含多個(gè)圖像算法處理模塊：扣暗電流（去掉底電流噪聲）；線性化（解決數(shù)據(jù)非線性問題）；Shading（解決鏡頭帶來的亮度衰減及顏色變化）；去壞點(diǎn)（去掉sensor的壞點(diǎn)數(shù)據(jù)）；去噪（去除噪聲）；demosaic去馬賽克（raw數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)RGB數(shù)據(jù)）；3A（自動(dòng)對(duì)焦，自動(dòng)白平衡，自動(dòng)曝光）；gamma（優(yōu)化局部與整體對(duì)比度）；銳化（調(diào)整銳度）；色彩空間轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換到不同色彩空間進(jìn)行處理）；顏色增強(qiáng)等。

子像素指一個(gè)像素單元中設(shè)置兩個(gè)光電轉(zhuǎn)化PD，并在不同的PD設(shè)置傳輸柵，后續(xù)的數(shù)據(jù)處理電路可以至少部分共用的方案。對(duì)于測(cè)距系統(tǒng)的探測(cè)中，需要獲得四相位的延時(shí)信息，從而利用間接飛行時(shí)間的相位差方法獲得發(fā)射光與返回光的相位差信息，從而獲得探測(cè)的距離信息，通過子像素的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在像素級(jí)一次性獲得四相位延時(shí)信號(hào)的結(jié)果，如此還能實(shí)現(xiàn)像素級(jí)測(cè)量對(duì)象準(zhǔn)確并且獲得最終距離信息高效的效果。

芯片內(nèi)的器件主要有：光電二極管+MOS管+電阻+電容+BJT（三極管）。

快門（shutter）：是攝像器材中用來控制光線照射感光元件時(shí)間的裝置，即照相機(jī)用來控制感光片有效曝光時(shí)間的機(jī)構(gòu)。

按照快門的構(gòu)造可分為機(jī)械快門，和電子快門。

飛芯產(chǎn)品使用的電子快門，利用給傳感器通電斷電來控制曝光時(shí)間。

問題分析：

1.Flash面發(fā)射體制決定需要大視場(chǎng)角焦平面陣列形式接收（如圖1所示），因此增大了視場(chǎng)角內(nèi)的背景光與干擾光接收概率與能量，使得傳感器積分過程獲得的總信號(hào)量中無效信號(hào)占據(jù)極高比例，降低了有效回波能量的SNR（如圖2所示）；

2.長程測(cè)距具有較高的距離檢測(cè)范圍，因此對(duì)應(yīng)的本征探測(cè)光能量動(dòng)態(tài)范圍將不小于80dB，因此常規(guī)積分型接收陣列像素單元的動(dòng)態(tài)范圍無法適用于該應(yīng)用。

圖1 Flash方式工作時(shí)的環(huán)境光路狀態(tài)，大視場(chǎng)角提高了“非我”信號(hào)的接收概率

圖2 光電積分過程引入的“非我”共模信號(hào)和后級(jí)電路噪聲降低了有效回波信號(hào)的讀出SNR，準(zhǔn)確測(cè)距信號(hào)量難以獲得

圖3 積分電容的阱容（動(dòng)態(tài)范圍）限制導(dǎo)致短曝光無法讀出弱信號(hào)（遠(yuǎn)距離）、長曝光無法響應(yīng)強(qiáng)信號(hào)（近距離）

飛芯采用兩代技術(shù)路徑解決上述問題：

第一代偽隨機(jī)碼序列方案：如圖4所示：

       針對(duì)背景光與串?dāng)_光的解決方法：通過像素級(jí)卷積技術(shù)，將“非我”信號(hào)通過像素電荷域的處理進(jìn)行消除（如圖4），僅將有效“自我”信號(hào)進(jìn)行積分并輸出，實(shí)現(xiàn)在不提高發(fā)射功率的情況下提升接收SNR，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離低能量回波信號(hào)的有效接收處理；

       針對(duì)長程測(cè)距的動(dòng)態(tài)范圍拓展方法：如圖5所示，采用像素級(jí)折疊積分技術(shù)，擴(kuò)展了像素的本征動(dòng)態(tài)范圍，像素ADC+列級(jí)ADC總位數(shù)高于18bit，提高了光強(qiáng)接收上限飽和點(diǎn)。

圖5 像素級(jí)折疊積分?jǐn)U展動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)

1) 響應(yīng)器件：CIS采用pinned型積分光電器件配合4T晶體管實(shí)現(xiàn)像素，像素輸出積分后的模擬電壓；而DTOF一般采用SPAD+淬滅電路實(shí)現(xiàn)像元，脈沖觸發(fā)器件雪崩形成脈沖信號(hào)；兩種響應(yīng)器件指標(biāo)體系不同，CISpixel關(guān)注靜態(tài)指標(biāo)體系，如QE、DC、FWC，而SPAD存在靜態(tài)與動(dòng)態(tài)指標(biāo)為PDP、DCR、jitter。

2) 讀出形式：CIS一般采用rolling/global shutter形式，采用行選通列讀出，而DTOF pixel需要與TDC電路建立復(fù)用，實(shí)現(xiàn)地址鎖存及TCSPC方式讀出信號(hào)。

3) 數(shù)據(jù)通道帶寬：CIS在億級(jí)像素以下時(shí)采用D-PHY MIPI即可完成數(shù)據(jù)輸出；ITOF與CIS同樣分辨率、同樣ADC位數(shù)、同樣幀頻條件下將會(huì)多出至少4倍以上數(shù)據(jù)量，DTOF數(shù)據(jù)量提升更高，因此TOF芯片在設(shè)計(jì)時(shí)還要重點(diǎn)關(guān)注分辨率提升后的片內(nèi)信號(hào)處理技術(shù)、高帶寬輸出技術(shù)的配合。

1.近紅外量子效率提升；

2.體區(qū)隔離串?dāng)_抑制；

3.體區(qū)縱向電場(chǎng)與轉(zhuǎn)移橫向電場(chǎng)優(yōu)化；

4.讀出電路環(huán)路的共模噪聲消除及非線性響應(yīng)引發(fā)測(cè)距本征精度誤差的抑制技術(shù)；

5.背景光與干擾光的抑制技術(shù)；

6.隨測(cè)距距離增大導(dǎo)致的光接收動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展問題；

7.ITOF的積分工作原理決定了存在近場(chǎng)測(cè)距時(shí)的多路徑干擾問題等；

8.DTOF技術(shù)方案中TDC復(fù)用技術(shù)及片上處理技術(shù)與讀出帶寬匹配問題。