TOF光飛行法測距
深度相機按照深度測量原理不同，一般分為：飛行時間法、結構光法、雙目立體視覺法。本文就來說一說飛行時間法。
飛行時間是從Time of Flight直譯過來的，簡稱TOF。其基本原理是通過連續發射光脈沖（一般為不可見光）到被觀測物體上，然后接收從物體反射回去的光脈沖，通過探測光脈沖的飛行（往返）時間來計算被測物體離相機的距離。
TOF法根據調制方法的不同，一般可以分為兩種：脈沖調制（Pulsed Modulation）和連續波調制（Continuous Wave Modulation）。
飛行時間法深度測量基本原理示意圖
脈沖調制
脈沖調制方案的原理比較簡單，如下圖所示。它直接根據脈沖發射和接收的時間差來測算距離。
光脈沖法工作原理示意圖
脈沖調制方案的照射光源一般采用方波脈沖調制，這是因為它用數字電路來實現相對容易。接收端的每個像素都是由一個感光單元（如光電二極管）組成，它可以將入射光轉換為電流，感光單元連接著多個高頻轉換開關（下圖的G0，G1）可以把電流導入不同的可以儲存電荷(下圖S0，S1)的電容里。
相機上的控制單元打開光源然后再關閉，發出一個光脈沖。在同一時刻，控制單元打開和關閉接收端的電子快門。接收端接收到的電荷S0被存儲在感光元件中。
然后，控制單元第二次打開并關閉光源。這次快門打開時間較晚，即在光源被關閉的時間點打開。新接收到的電荷S1也被存儲起來。具體過程如下圖所示。
因為單個光脈沖的持續時間非常短，此過程會重復幾千次，直到達到曝光時間。然后感光傳感器中的值會被讀出，實際距離可以根據這些值來計算。
記光的速度為c，tp為光脈沖的持續時間， S0表示較早的快門收集的電荷， S1表示延遲的快門收集的電荷，那么距離d可以由如下公式計算：
最小的可測量距離是：在較早的快門期間S0中收集了所有的電荷，而在延遲的快門期間S1沒有收集到電荷，即S1 = 0。代入公式會得出最小可測量距離d=0。
最大的可測量的距離是：在S1中收集了所有電荷，而在S0中根本沒有收集到電荷。然后，該公式得出d= 0.5 x c × tp。因此最大可測量距離是通過光脈沖寬度來確定的。例如，tp = 50 ns，代入上式，得到最大測量距離d = 7.5m。
優點：
測量方法簡單，響應較快
由于發射端能量較高，所以一定程度上降低了背景光的干擾
缺點：
發射端需要產生高頻高強度脈沖，對物理器件性能要求很高
對時間測量精度要求較高
環境散射光對測量結果有一定影響
連續波調制
實際應用中，通常采用的是正弦波調制。由于接收端和發射端正弦波的相位偏移和物體距離攝像頭的距離成正比(見后面推導)，因此可以利用相位偏移來測量距離。
連續波調制原理示意圖
連續波調制的測量原理相對脈沖調制來說復雜一些，我們以最常用的連續正弦波調制來推導一下測量的原理。
連續正弦波調制測量方法示意圖
連續正弦波調制測量方法，具體的推導過程如下。序號1-9對應下圖的公式1-9。
假設發射的正弦信號s(t)振幅是a，調制頻率是f
經過時延 △t后接收到的信號為接收r(t)，衰減后的振幅為A，強度偏移（由環境光引起）為B
四個采樣時間間隔相等，均為T/4
根據上述采樣時間可以列出四個方程組
從而可以計算出發射和接收的正弦信號的相位偏移△φ
據此可以根據（6）中公式計算物體和深度相機的距離d
接收信號的衰減后的振幅A的計算結果
接收信號強度偏移B的計算結果，反映了環境光
A, B的值間接的反應了深度的測量精度，深度測量方差可以用公式9近似表示。
連續正弦波調制公式推導
優點：
相位偏移（公式5）中的(r2-r0)和(r1-r3)相對于脈沖調試法消除了由于測量器件或者環境光引起的固定偏差。
可以根據接收信號的振幅A和強度偏移B來間接的估算深度測量結果的精確程度（方差）。
不要求光源必須是短時高強度脈沖，可以采用不同類型的光源，運用不同的調制方法
缺點：
需要多次采樣積分，測量時間較長，限制了相機的幀率
需要多次采樣積分，測量運動物體時可能會產生運動模糊。
總結
目前的消費級TOF深度相機主要有：微軟的Kinect 2、 MESA 的 SR4000 、Google Project Tango 中使用的PMD Tech 的TOF深度相機等。這些產品已經在體感識別、手勢識別、環境建模等方面取得了較多的應用，最典型的就是微軟的Kinect 2。
TOF深度相機對時間測量的精度要求較高，即使采用最高精度的電子元器件，也很難達到毫米級的精度。因此，在近距離測量領域，尤其是1m范圍內，TOF深度相機的精度與其他深度相機相比還具有較大的差距，這限制它在近距離高精度領域的應用。
但是，從前面的原理不難看出，TOF深度相機可以通過調節發射脈沖的頻率改變相機測量距離；TOF深度相機與基于特征匹配原理的深度相機不同，其測量精度不會隨著測量距離的增大而降低，其測量誤差在整個測量范圍內基本上是固定的；TOF深度相機抗干擾能力也較強。因此，在測量距離要求比較遠的場合（如無人駕駛），TOF深度相機具有非常明顯的優勢。