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3D相机选型指南 你知道自己需要什么样的3D相机吗?

2019-12-05 16:05
来源: 知象光电

随着3D成像技术日趋成熟,3D相机已经出现在日常服务、金融支付、物流分拣、加工制造等越来越多的应用场景中。但仍有许多使用者由于不甚了解不同类型3D相机之间的差异,在进行设备选型时存在诸多困惑。本文将系统介绍各类3D相机的基本原理、特点以及相互之间的差异,帮助您更好地完成相机选型。

什么是3D相机

普通数码相机输出的图像以二维像素网格构成。依据每个像素的属?#36234;?#20854;定义为红色(Red)、绿色(Green)、蓝色(Blue),通常称为RGB。不同属性?#21335;?#32032;可以用0-255的数字来表示,例如,黑色的相应值为(0,0,0),纯鲜红色的相应值是(255,0,0)。成千?#20064;?#19975;?#21335;?#32032;可以构成我们常见的照片。

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知象光电高精度3D相机Ailook  支持3D实时成像

3D相机的不同之处在于,它可以测?#31185;?#36890;数码相机无法测量的深度数据。所谓深度数据,就是像素到相机的距离。所以3D相机可以获取四个值,分别是RGB值和深度信息,即RGB-D。

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3D相机输出的深度信息可以通过不同的形式显示出来。在上图示例中,左边为彩色图,右边为深度图。深度图中的不同颜色,表示像素到相机的距离,青色表示距离相机最近,而红色则表示距离相机最远。其实深度图?#21335;?#31034;,使用什么颜色不重要,只是为了便于识别。

3D相机的常见类型

3D相机通过其使用的深度数据计算方式来进行分类。不同类型的3D相机?#21152;?#20854;优点与限制性,所以选取何种3D相机,就取决于使用者的?#23548;?#38656;求。常见的选型要素有:最远测量距离、最高精?#21462;?#26159;否支持户外使用这三点。

1.结构光与编码光

结构光3D相机与编码光3D相机都是通过光源发射器投射光(通常是红外光)到物体。所投射的光是有特定?#21450;?#30340;。这种特定的?#21450;福?#21487;以从视觉层面进行设置,也可以从时间层面进行设置,还可以是这两个方式的结合。由于光投影的?#21450;?#26159;既定的,所以3D相机的内?#20040;?#24863;器通过识别场景中的?#21450;?#23601;可以获取到深度信息。例如下图,如果光的既定?#21450;?#26159;一系列条纹,当它投射到一个球上,这些条纹将会依据球的表面产生特定形变,?#19994;?#29699;靠近光源发射器时,?#21450;?#36824;会发生相应的改变。

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利用既定图像与相机识别到的?#23548;?#22270;像之间的差异,可以计算出每个像素到相机的距离。这项技术的核心是需要精准识别所投射的光的?#21450;浮?#20294;是相机投射出的光的功率会因为距离变大而衰减,还会受到环境中其他相机或设备发出的红外线噪音的干扰,因此,编码光和结构光相机适合在室内,进行短距离作业。

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知象光电工业3D相机Surface  采用双目红外结构光技术

2.立体视觉

立体视觉相机依据内置的传感器数量可分为单目立体视觉相机(内置单个传感器)与双目立体视觉(内置两个传感器)相机。由于它们工作原理相同,以下举例均以双目立体视觉技术为例进行介绍。立体视觉相机常利用红外光来提高测量精度,并且可利用一切光进行测量,这一点不同于上文介绍的编码光或结构光3D相机。双目立体视觉相机内置两个传感器,可以分别得到出两组图像的深度信息。由于传感器之间的距离是已知的,通过计算便可以得到被测对象的深度信息。

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双目立体视觉相机的工作原理,与人眼进行深度感知的原理类似。人的两眼分别可看见?#29615;?#22270;像,大脑可以计算出两眼之间的差异,距离物体近的一只眼所识别出的物体移动幅度更大,而距离物体远的一只眼所识别出的移动幅度就就小一些。

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双目立体视觉相机在大多数照明条件下,甚至是户外,它都能保持?#24049;?#30340;性能。如为其配置红外光发射器,那么即使在光照条件差的环境中,它依然能敏锐感知深度信息。双目立体视觉相机的另一个优点是,在特定场景中,相机的使用数量是没有限制的,不会出现多个编码光相机或TOF相机同时使用时出现的互相干扰的问题。

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双目立体视觉相机所能测量的距离取决于两个内?#20040;?#24863;器之间的距离,也就是基线距离。基线距离越宽,相机可测试的距离就越远。事实上,天文学家们使用一种相似的技术来测量恒星距地球的距离。先测量一颗恒星在天空中的位置,六个月后,当地球运转到轨道中离原始测量点最远位置时,再次测量同一恒星位置。这样,天文学家就可以利?#20040;?#32422;3亿公里的基线距离计算出恒星距离地球的位置(恒星的深度信息)。

3.TOF相机

每种3D相机?#23478;?#36182;已知信息来推断深度信息。例如,在立体视觉技术中,基线距离是已知的。在编码光和结构光技术中,光的?#21450;?#26159;已知的。而在TOF技术(Time of Flight)方面,光速则是用来计算深度的已知变量。

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所有类型的TOF相机都会发射?#25345;?#20809;线,用来扫射全场,然后测算光反射回来的时间。根据光的功率和波长,TOF相机可适用远的距离的测量工作,例如,用TOF相机在直升机上进行地图绘制的相关测量工作;汽车自动驾驶中常使用的激光定位器。

TOF相机的缺点是,在相同空间内,其他相机的光会对它们造成较强干扰,而且在室外环境下也不适用。

你能用3D相机做什么?

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知象光电工业3D相机Raygo  重复精度最高可达5μm

3D相机可以让任何设备和系统不需要人工干预的方式理解场景。虽然计算机可以实现理解二维图像,但这需要投入大量的时间和成本来训练机器学习网络。3D相机本身可提供一些无需训练便可识别的信息,例如,3D相机可直接区?#26234;?#26223;、背景、场景,从图像中剔除背景物,这对于需要?#25351;?#32972;景的相关应用中非常有帮助。

本文为解释3D相机的类别及工作原理,列举了一些应用场景。而?#23548;?#19978;,3D相机可应用的范围远?#26085;?#24191;泛的多。未来,3D视觉技术不仅能帮助设备看得更远、更立体,更精准,同时还能联合人工智能,助力更多领域的升级、创新。

西安知象光电科技依?#24418;?#23433;交通大学、中科?#20309;?#20809;所、麻省理工学院等著名研究机构,研发结构光3D成像模组核心硬件技术和3D人工智能算法,打造高精度3D成像国际品牌。公?#38745;?#21697;已销往国内、海外?#21335;?#36153;电子、医疗健康、军工安防、文化教育、工?#23548;?#27979;等市场。投资人包括国中创投、深创投、软银中国、中科创星等。


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