三维相机基础知识

什么是3D相机？

3D相机是一种能够捕捉三维图像的相机。

你不仅能获得平面信息，还能获得深度方向信息。 3D摄像头被用于驱动技术，如自动驾驶车辆和自动机器人。

3D相机的应用

三维相机被广泛应用于需要三维物体识别的各种场合。

1. 自动驾驶车辆

自动驾驶车辆配备了多种传感器，包括3D摄像头，以确保安全驾驶。 结合不同类型的3D摄像机，以适应不同情境。

2. 控制机器人

自动自动导引车（AGV）和各种机器人配备了3D摄像头。

3. 后勤

在物流现场，许多3D相机被安装并用于尺寸测量、拣选、分类和盘点包裹。

4. 消费设备

智能手机还配备了3D摄像头，方便你轻松捕捉三维图像。 此外，还有一套利用3D摄像头进行监控和预防的图像分析系统，预计未来将会普及。

三维摄像机原理

使用3D相机拍摄有很多方法。 它们各自有不同的原则。

1. 刻板印象

刻板印象采用了与用肉眼观察的原理相同的方法。 该物体会用多台相机拍摄，并通过三角度测量法获得深度信息。 换句话说，物体与焦点之间的距离是根据两台相机之间的距离、镜头焦距和视差计算出来的。

刻板印象的优势在于稳定性。 它具有接近人类感知的空间抓取能力，并能实时稳定测量距离。 另一方面，立体相机的缺点是拍摄前需要校准。 校准通过改变相机位置并拍摄已知图案的照片来完成。

此外，缺点之一是需要处理如畸变校正、并行化处理和图像归一化等处理，这对PC来说负担较大。 刻板印象也可以在户外拍摄，因此被用于自动驾驶的车载摄像头中。

2. ToF类型

ToF类型是“飞行时间"（Time of Flight）的缩写，意为飞行时间。 深度是从被照射的光线从物体反射并返回相机的时间计算出来的。 使用与相机集成的光源。

ToF型使用的光源是脉冲光或连续光。 脉冲光的距离是从反射光返回所需的时间计算的;连续光的距离则是从光源与反射光之间的相位差计算得出。

ToF类型的优势在于射程较远。 它还拥有高帧率，允许你在黑暗中拍摄，而且成本也很低。 这种方法的缺点是户外拍摄较为困难，因为相机的传感器也会对阳光产生反应。 它在室内用于拣货机器人，例如纸箱作业和体积测量。

3. 结构化照明类型

在结构化照明类型中，光源和相机是分开的，三维相机通过拍摄物体反射光线的畸变来计算深度方向的尺寸。 光源是一种带有线条、网格或点等图案的光源，当光线照射到物体时，图案光会沿着不均匀的方向被扭曲。

有一种方法是用激光作为光源。 这被称为激光点法，它将激光光照射到像点一样的物体上，每个点都由相机测量。 结构化照明类型的优点是其精度高于刻板型和ToF类型，适用于需要精确度的摄影，如微观工业零件。

另一方面，缺点包括除了摄像机外还需要单独的光源投影仪、体积不够紧凑，以及不适合户外使用。