技術原理

從技術原理上來看，3D視覺技術主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)要(yao)包括(kuo)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)動(dong)(dong)測距(ju)(ju)法(fa)和被動(dong)(dong)測距(ju)(ju)法(fa)。主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)動(dong)(dong)測距(ju)(ju)方(fang)法(fa)的(de)基本(ben)思想是利用(yong)(yong)特定的(de)、人為(wei)控制光(guang)源對物體(ti)目標(biao)(biao)進行照射(she)，根據(ju)物體(ti)表面的(de)反射(she)特性及(ji)光(guang)學、聲學特性來獲取目標(biao)(biao)的(de)三維(wei)信息(xi)。其特點(dian)是具有(you)較高的(de)測距(ju)(ju)精度、抗干擾能力和實時性，具有(you)代(dai)表性的(de)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)動(dong)(dong)測距(ju)(ju)方(fang)法(fa)有(you)結構(gou)光(guang)法(fa)、飛行時間法(fa)、和三角測距(ju)(ju)法(fa)。被動(dong)(dong)測距(ju)(ju)技術不(bu)需要(yao)人為(wei)地設置輻射(she)源，只利用(yong)(yong)場景在自然光(guang)照下的(de)二維(wei)圖像來重建(jian)景物的(de)三維(wei)信息(xi)，具有(you)適(shi)應性強、實現(xian)手段靈活、成本(ben)低的(de)優點(dian)。

圖 3D視覺技術分類及(ji)特點

1、雙目視覺法

雙目立體(ti)視(shi)覺(jue)的基本(ben)原理是(shi)從兩(liang)個視(shi)點觀察(cha)同一景物(wu)，以(yi)獲取在不同視(shi)角(jiao)下的感知圖像(xiang)，然后(hou)通過三角(jiao)測量原理計算圖像(xiang)像(xiang)素間的位置(zhi)偏差(cha)(cha)（視(shi)差(cha)(cha)）來獲取景物(wu)的三維信息。這一過程與(yu)人類(lei)視(shi)覺(jue)感知過程是(shi)類(lei)似的。

在(zai)雙目立體視覺(jue)系統中，通(tong)常(chang)采用兩個攝像(xiang)(xiang)機作為視覺(jue)信號的采集設備(bei)，左右攝像(xiang)(xiang)頭（人(ren)眼）獲取同一(yi)場景(jing)并發送數(shu)據給圖像(xiang)(xiang)處理器(qi)（大腦）。圖像(xiang)(xiang)處理器(qi)通(tong)過(guo)(guo)計算兩幅圖像(xiang)(xiang)在(zai)同一(yi)像(xiang)(xiang)素(su)的相(xiang)關偏(pian)移(yi)獲取深度值。像(xiang)(xiang)素(su)的深度值經過(guo)(guo)處理后成為一(yi)幀深度圖。3D深度提供了2D所(suo)無法具備(bei)的信息，這些信息能(neng)夠幫助我們理解3D空間(jian)的形狀、尺(chi)寸(cun)、距(ju)離以(yi)及周邊的移(yi)動。

2、結構光法

根據投影光(guang)束形態的(de)不同，結(jie)構光(guang)又可分為散斑結(jie)構光(guang)、條紋結(jie)構光(guang)等(deng)。

結構光(guang)(guang)測量(liang)中將預先確定的(de)(de)光(guang)(guang)圖(tu)案被投射于(yu)物件上(shang)，然后透過(guo)分析圖(tu)案如何失真變形而取得深度信息。結構光(guang)(guang)的(de)(de)優點是計算簡單(dan)，測量(liang)精(jing)度較高(gao)，對(dui)于(yu)平坦的(de)(de)、無明(ming)顯紋理(li)和形狀變化的(de)(de)表面區(qu)域都可進行精(jing)密的(de)(de)測量(liang)。其缺點是對(dui)設備和外界光(guang)(guang)線(xian)要(yao)求高(gao)，造(zao)價昂貴。目前(qian)，結構光(guang)(guang)法主要(yao)應用在條件良好(hao)的(de)(de)室內。

3、飛行時間法（ToF）

飛行(xing)時間(jian)（Time of Flight，簡稱ToF）法(fa)，它將脈沖激光信號投射(she)到物體表(biao)面，反射(she)信號沿幾乎(hu)相同路(lu)徑反向傳至接收器，利用發射(she)和接收脈沖激光信號的時間(jian)差可實(shi)現被測量(liang)表(biao)面每個像素的距離測量(liang)。

ToF直接利用(yong)光傳播特性，不需要(yao)進行灰(hui)度圖像(xiang)的(de)獲(huo)取與分(fen)析，因此距離的(de)獲(huo)取不受(shou)物體表面性質的(de)影響，可快速(su)準確地獲(huo)取景物表面完整的(de)三維信息。缺點則是需要(yao)較(jiao)復雜(za)的(de)光電設備，價(jia)格偏貴。

4、三角測距法

三(san)(san)角(jiao)測距法(fa)又稱主動三(san)(san)角(jiao)法(fa)，是基于光學(xue)三(san)(san)角(jiao)原理(li)，根據光源(yuan)、物體和檢測器(qi)三(san)(san)者之間的幾何(he)成(cheng)像(xiang)關系(xi)來確定空(kong)間物體各點的三(san)(san)維(wei)坐標(biao)。在(zai)實際(ji)測量過程中，它常用激(ji)(ji)光作(zuo)為光源(yuan)，用CCD相機(ji)作(zuo)為檢測器(qi)。三(san)(san)角(jiao)法(fa)針(zhen)對一條光束的幾何(he)偏(pian)移量進行(xing)測量，其數值與物件高度相關。這是一種基于物件掃描的單維(wei)成(cheng)像(xiang)方法(fa)。激(ji)(ji)光點出現于攝影機(ji)視野范圍內的不(bu)同(tong)位置，具(ju)體取決于激(ji)(ji)光打在(zai)物件表面的距離(li)范圍。由(you)于激(ji)(ji)光點、攝影機(ji)與激(ji)(ji)光發射器(qi)形成(cheng)了一個三(san)(san)角(jiao)形，因此(ci)這種方法(fa)被稱為三(san)(san)角(jiao)法(fa)。

位移與位置(zhi)監控(kong)應(ying)用要求高準確度、高穩定性(xing)以(yi)及(ji)低(di)溫(wen)度變化，因此，一(yi)般采用高精(jing)度激光。三角法(fa)的(de)缺點在于這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)只能覆蓋到一(yi)段較小的(de)距離范圍，易(yi)受(shou)環境光線(xian)影(ying)響(xiang)，并且制于掃描應(ying)用。同時(shi)，它需要用到復雜演算法(fa)與校正，而且受(shou)到結(jie)構性(xing)或復雜表(biao)面的(de)影(ying)響(xiang)。