技術原理

從技術原理上來看，3D視覺技術主要包括主動測距法和被動測距法。主動測距方法的基本思想是利用特定的、人為控制光源對物體目標進行照射，根據(jù)物體表面的反射特性及光學、聲學特性來獲取目標的三維信息。其特點是具有較高的測距精度、抗干擾能力和實時性，具有代表性的主動測距方法有結(jié)構(gòu)光法、飛行時間法、和三角測距法。被動測距技術不需要人為地設置輻射源，只利用場景在自然光照下的二維圖像來重建景物的三維信息，具有適應性強、實現(xiàn)手段靈活、成本低的優(yōu)點。

圖 3D視覺技術分類及特點

1、雙目視覺法

雙目立體視覺的基本原理是從兩個視點觀察同一景物，以獲取在不同視角下的感知圖像，然后通過三角測量原理計算圖像像素間的位置偏差（視差）來獲取景物的三維信息。這一過程與人類視覺感知過程是類似的。

在雙目立體視覺系統(tǒng)中，通常采用兩個攝像機作為視覺信號的采集設備，左右攝像頭（人眼）獲取同一場景并發(fā)送數(shù)據(jù)給圖像處理器（大腦）。圖像處理器通過計算兩幅圖像在同一像素的相關偏移獲取深度值。像素的深度值經(jīng)過處理后成為一幀深度圖。3D深度提供了2D所無法具備的信息，這些信息能夠幫助我們理解3D空間的形狀、尺寸、距離以及周邊的移動。

2、結(jié)構(gòu)光法

根據(jù)投影光束形態(tài)的不同，結(jié)構(gòu)光又可分為散斑結(jié)構(gòu)光、條紋結(jié)構(gòu)光等。

結(jié)構(gòu)光測量中將預先確定的光圖案被投射于物件上，然后透過分析圖案如何失真變形而取得深度信息。結(jié)構(gòu)光的優(yōu)點是計算簡單，測量精度較高，對于平坦的、無明顯紋理和形狀變化的表面區(qū)域都可進行精密的測量。其缺點是對設備和外界光線要求高，造價昂貴。目前，結(jié)構(gòu)光法主要應用在條件良好的室內(nèi)。

3、飛行時間法（ToF）

飛行時間（Time of Flight，簡稱ToF）法，它將脈沖激光信號投射到物體表面，反射信號沿幾乎相同路徑反向傳至接收器，利用發(fā)射和接收脈沖激光信號的時間差可實現(xiàn)被測量表面每個像素的距離測量。

ToF直接利用光傳播特性，不需要進行灰度圖像的獲取與分析，因此距離的獲取不受物體表面性質(zhì)的影響，可快速準確地獲取景物表面完整的三維信息。缺點則是需要較復雜的光電設備，價格偏貴。

4、三角測距法

三角測距法又稱主動三角法，是基于光學三角原理，根據(jù)光源、物體和檢測器三者之間的幾何成像關系來確定空間物體各點的三維坐標。在實際測量過程中，它常用激光作為光源，用CCD相機作為檢測器。三角法針對一條光束的幾何偏移量進行測量，其數(shù)值與物件高度相關。這是一種基于物件掃描的單維成像方法。激光點出現(xiàn)于攝影機視野范圍內(nèi)的不同位置，具體取決于激光打在物件表面的距離范圍。由于激光點、攝影機與激光發(fā)射器形成了一個三角形，因此這種方法被稱為三角法。

位移與位置監(jiān)控應用要求高準確度、高穩(wěn)定性以及低溫度變化，因此，一般采用高精度激光。三角法的缺點在于這種方法只能覆蓋到一段較小的距離范圍，易受環(huán)境光線影響，并且制于掃描應用。同時，它需要用到復雜演算法與校正，而且受到結(jié)構(gòu)性或復雜表面的影響。