實現3D視覺的技術原理對比

隨著3D視覺應用方案的增加, 我們先介紹3D視覺實現技術原理，按照光學測量分類，分為主動測距法和被動測距法。

主動測距法是利用特定的，人為控制光源和聲源對物體目標進行照射，根據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，具有代表的是飛行時間法，結構光法和激光三角測距法，那么下面我們一一介紹下這三個技術原理

面結構光測量法

面結構光測量法。面結構光測量將各種模式的面結構投影到被測物體上，例如將分布較密集的均勻光柵投影到被測物體上面，由于被測物體表面凹凸不平，具有不同的深度，所以表面反射回來的光柵條紋會隨著表面不同的深度發生畸變，這個過程可以看作是由物體表面的深度信息對光柵的條紋進行調制。所以被測物體的表面信息也就被調制在反射回來的光柵之中。通過被測物體反射回來的光柵與參考光柵之間的幾何關系，分析得到每一個被測點之間的高度差和深度信息。

1、優點

1）、由于結構光主動投射編碼光，因而非常適合在光照不足（甚至無光）、缺乏紋理的場景使用。

2）、結構光投影圖案一般經過精心設計，所以在一定范圍內可以達到較高的測量精度。

3）、技術成熟，深度圖像可以做到相對較高的分辨率。

2、缺點

1）、室外環境基本不能使用。這是因為在室外容易受到強自然光影響，導致投射的編碼光被淹沒。增加投射光源的功率可以一定程度上緩解該問題，但是效果并不能讓人滿意。

2）、測量距離較近。物體距離相機越遠，物體上的投影圖案越大，精度也越差（想象一下手電筒照射遠處的情景），相對應的測量精度也越差。所以基于結構光的深度相機測量精度隨著距離的增大而大幅降低。因而，往往在近距離場景中應用較多。

3）、容易受到光滑平面反光的影響。

TOF測量原理

飛行時間（Time of Flight，簡稱ToF）法，又叫做激光雷達（LiDAR）測距法。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，利用發射和接收脈沖激光信號的時間差可實現被測量表面每個像素的距離測量。ToF攝像頭則利用ToF測量原理（ToF圖像傳感器）來確定攝像頭與物體或周圍環境之間距離，并通過測量的點生成深度圖像或3D圖像。

激光三角測量法

• 激光線投射到物體上

• 相機從另一個角度看激光線(視角)

• 在每個傳感器列上檢測激光線的位置

?       à 物體的3D 橫截面輪廓

• 物體在激光線下方移動，收集多個輪廓以形成3D圖像

三種3D成像原理的對比如下：