3D结构光相机
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发布时间：2024-10-24 16:49
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时间：2024-10-29 15:53
深度相机，亦称为3D相机，如同终端和机器人的眼睛，能检测出拍摄空间的景深距离。通过深度相机获取图像中每个点距离摄像头的距离，再加上该点在二维图像中的二维坐标，即可获取图像中每个点的三维空间坐标。其中，结构光（Structured-light）通过近红外激光器发射具有一定结构特征的光线，投射到被拍摄物体上，由专门的红外摄像头进行采集。这种光线因被摄物体的不同深度区域，而采集反射的结构光图案的信息，通过运算单元将这种结构变化换算成深度信息，从而获取三维结构。结构光深度相机主要分为单目结构光和双目结构光相机。单目结构光受光照影响较大，在室外环境下，如晴天，激光器发出的编码光斑容易被太阳光淹没。而双目结构光则在室内环境下使用结构光测量深度信息，且在室外光照导致结构光失效的情况下转为纯双目的方式，具有更强的抗环境干扰能力和深度图质量提升空间。
然而，结构光方案中激光器寿命较短，难以满足长时间工作需求，且在标定单目镜头和激光器时，一旦损坏，重新进行两者标定非常困难。由于结构光主动投射编码光，因此适用于光照不足或缺乏纹理的场景。目前，3D结构光的应用场景广泛，包括物体信息分割与识别、体感手势识别以及三维场景重建等。
以iPhone-X上的True-depth相机为例，这种散斑结构光方案通过投射人眼不可见的伪随机散斑红外光点到物体上，每个伪随机散斑光点和它周围一定范围内的点集在空间分布中的每个位置都是唯一的。通过计算散斑投影在被观察物体上的大小和形状，根据物体和相机的距离和方向，计算深度信息。
双目视觉（Stereo-vision）基于视差原理，利用成像设备从不同位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，获取物体三维几何信息。RGB双目相机在光照较暗或过度曝光的情况下效果较差，且在缺乏纹理的场景中难以进行特征提取和匹配。双目视觉的优点包括硬件要求低、成本低、室内外适用性，但缺点包括环境光照敏感、不适合单调缺乏纹理的场景、计算复杂度高、基线*了测量范围。
双目视觉相机的应用场景包括双目视觉搬运机器人/机械臂、双目扫地机器人等。光飞行时间法（TOF Time-Of-Flight）通过红外发射器发射调制过的光脉冲，遇到物体反射后，用接收器接收反射回来的光脉冲，根据光脉冲的往返时间计算与物体之间的距离。这种调制方式对发射器和接收器的要求较高，且在实际应用中，通常使用调制成脉冲波进行测量。TOF技术在汽车、工业、物流行业、安防和监控、机器视觉以及机器人等领域有广泛应用，如用于自动驾驶、HMI人脸识别系统、包裹抛重（即体积）测量、工业定位、路径规划、避障等。
总之，深度相机、结构光、双目视觉和光飞行时间法各有优势和局限性，适用于不同的应用场景。正确选择和应用这些技术能够为终端和机器人提供精确的三维感知能力，促进智能制造、自动驾驶、机器人技术等领域的发展。
