实现3D视觉的技术原理对比

随着3D视觉应用方案的增加，我们先介绍3D视觉实现技术原理，按照光学测量分类，分为主动测距法和被动测距法。

主动测距法是利用特定的，人为控制光源和声源对物体目标进行照射，根据物体表面的反射特性及光学，声学特性来获取目标的三维信息。起特点是具有较高的测距精度、抗干扰能力和实时性。具有代表的是飞行时间法，结构光法和激光三角测距法，那么我么下面一一介绍下这三个技术原理。

飞行时间法

飞行时间（Time of Flight，简称TOF）法，又叫做激光雷达（LiDAR）测距法。它将脉冲激光信号投射到物体表面，反射信号沿几乎相同路径反向传至接收器，利用发射和接收脉冲激光信号的时间差可实现被测量表面每个像素的距离测量。TOF摄像头则利用TOF测量原理（ToF图像传感器）来确定摄像头与物体或周围环境之间距离，并通过测量的点生成深度图像或3D图像。

结构光法

面结构光测量法。面结构光测量将各种模式的面结构投影到被测物体上，例如将分布较密集的均匀光栅投影到被测物体上面，由于被测物体表面凹凸不平，具有不同的深度，所以表面反射回来的光栅条纹会随着表面不同的深度发生畸变，这个过程可以看作是由物体表面的深度信息对光栅的条纹进行调制。所以被测物体的表面信息也就被调制在反射回来的光栅之中。通过被测物体反射回来的光栅与参考光栅之间的几何关系，分析得到每一个被测点之间的高度差和深度信息。

1、优点

1）、由于结构光主动投射编码光，因而非常适合在光照不足（甚至无光）、缺乏纹理的场景使用。

2）、结构光投影图案一般经过精心设计，所以在一定范围内可以达到较高的测量精度。

3）、技术成熟，深度图像可以做到相对较高的分辨率。

2、缺点

1）、室外环境基本不能使用。这是因为在室外容易受到强自然光影响，导致投射的编码光被淹没。增加投射光源的功率可以一定程度上缓解该问题，但是效果并不能让人满意。

2）、测量距离较近。物体距离相机越远，物体上的投影图案越大，精度也越差（想象一下手电筒照射远处的情景），相对应的测量精度也越差。所以基于结构光的深度相机测量精度随着距离的增大而大幅降低。因而，往往在近距离场景中应用较多。

3）、容易受到光滑平面反光的影响。

激光三角测量法

• 激光线投射到物体上

• 相机从另一个角度看激光线(视角)

• 在每个传感器列上检测激光线的位置

▸   à 物体的3D 横截面轮廓

• 物体在激光线下方移动，收集多个轮廓以形成3D图像

三种3D成像原理的对比如下：