近年来,随着数字成像技术和微电子技术的快速发展,基于TOF技术的三维成像系统逐渐引起了学术界和产业界极大关注,已经成为深度获取领域最重要的研究方向之一。相比较于其他深度获取方法,TOF技术具有原理简单、抗干扰能力强、成像精度高、便携性好易于集成等优点。目前已经广泛应用于人机交互、机器人导航、虚拟现实等领域。本文针对TOF相机的工程化实现技术做一定的研究和探索,主要研究工作如下:(1)完成了TOF三维深度成像系统的硬件开发。设计了可编程配置的多路电源管理电路,解决了系统繁杂的供电问题;设计了相机功率控制电路,解决了相机在不同应用场合中的功率配置问题,降低了相机的功耗;完成了高频大电流激光驱动电路的设计,保证了高频调制脉冲的稳定输出;设计了相位偏移校准电路,包含温度校准电路与路径延时校准电路,提高了TOF相机的测量精度;设计了ESD、欠压、过压、限流保护电路以及功率监控电路,提升了TOF相机的稳定性与可靠性;设计了TOF相机主电路,包括TOF传感器电路、TFC控制器电路、DDR2存储器以及相关配置电路。优化了TOF相机的光学设计,引入了激光漫射扩散器,减少了光强的波动,避免了激光散斑对TOF相机成像质量的影响,提高了TOF相机测量精度。(2)完成了TOF相机整机通信架构设计以及固件开发。系统以USB2.0控制器为核心,设计了相机整机通信架构,该架构包含以USB2.0控制器为核心的9从机IIC通信电路以及Slave FIFO异步通信电路,解决了众多芯片的数据实时配置问题以及深度数据的实时传输问题。同时开发了TFC控制器固件与USB2.0控制器固件,确保了相机的正常工作。(3)搭建了一套TOF三维深度成像系统,经过硬件测试,相机各电路可以正常工作,关键信号波形正常。同时在多种复杂场景下对TOF相机进行了深度成像性能测试,实验结果显示,TOF相机的成像精度、帧率、测量距离等相关参数均达到了预期的设计要求。