推荐序一

在这个3D机器视觉飞速发展的时代，众多爱好者纷至沓来，却遗憾地发现并没有合适的资料可供参考，想要投身于这一新兴行业，只能在迷茫中慢慢开拓。作为3D ToF领域的深入研究者，我也曾感慨于3D相关教材的稀缺。因而当受到作者的邀请为本书作序时，我感到既兴奋又荣幸。兴奋于有一本面向3D初学者的基础教材即将面世，荣幸于能让很多3D爱好者在入门阶段看到我想说的话。这本书的内容重视基础，理论和实践关联度高，真切地为每一个入门者着想。阅读其中的内容，从硬件到应用，也让我回想起自己曾经和ToF一点一滴的故事。

1985年，我萌生了设计3D ToF传感器的想法。彼时，依据光通过空间的时间来测量距离，只考虑了点与点之间的距离，“ToF”这个术语甚至还没有出现，利用这样的方式进行成像的研究更是一个无人问津的领域。但在那时，我就希望能做出一个类似于3D相机的东西，让它都能够测量与物体之间的距离。

1987年，我完成了第一台激光扫描仪的原型，并将其应用于一个自动门传感器。它是基于一个大功率的激光二极管所发射的脉冲光实现的，光线穿过旋转的透镜后发生偏转，达到扫描整个场景的目的。

脉冲光在反射后被一个高速光电二极管接收，再通过一个由双极晶体管构成的放大器进行放大。在整个过程中，由一个模拟积分器完成时间测量，从激光二极管触发开始，到放大器输出反射光脉冲结束。通过这样的方式，我们得到了一台能以2纳秒的精度每秒测量10000个点的距离的扫描仪，在这个反射系统中，2纳秒相当于30厘米的精度。

然而，我始终心心念念的应用其实是一个既能够打开自动门，又能够在自动门关闭时保护其间的人和货物的传感器，这需要厘米级的距离分辨率。厘米级意味着什么？光在空间中的传播速度众所周知，若想要在光往返厘米级的距离所需的时间内响应，需要超高速的光电子器件和电子电路。可是当时的激光雷达技术只能做到几纳秒范围内的定时分辨率，几纳秒的时间乘以光速，仅可达到米级的分辨率。也就是说，要实现厘米级的分辨率，系统性能需要在原有基础上提高100倍。

如今，30多年过去了，3D ToF也从一个无人提及的词汇成为一个日渐常用的术语。硬件产品愈加成熟，从成像芯片到传感器模块，再到一体化相机。基于3D ToF的应用同样十分广泛，自主驱动汽车、自动门感应器、无人机避障、自动引导车辆、姿态控制及机器人清洁工等，各行各业的应用场景不胜枚举。3D ToF成像领域的蓬勃发展，吸引了一大批初级爱好者和高级工程师的参与。但同时，乐观之余也要保留一丝冷静，3D ToF成像的实现并不容易。它需要各种不同的、各具挑战性的工程领域的基础知识，如电子技术、照明技术、光学、图像处理、高等数学、统计学、噪声、大气物理等。恕我孤陋寡闻，据我所知，在目前从事这一广泛领域课题研究的教师中，还没有一位能够以直接的方式成功地实现3D ToF应用。

这也正是本书的价值所在，或许本书在内容深度上并不深，但在广度上却覆盖了初学者可能遇到的方方面面的问题。本书同样着力于规划科学的学习路线，将广度的内容以清晰的逻辑编织起来，努力帮助读者建立明确的思路，是不可多得的优秀图书。

这本书的功能在于让工程师从电子、信息科学或物理等方面，成功地将3D技术应用到他们的项目中去。本书同样可以为产品管理工程师提供技术诀窍，以便他们对所需的镜头系统、照明光功率、距离分辨率、距离精度、帧率等参数做出规划和调整。

Beat De Coi