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一. 前言
傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器視覺中，3D視覺與2D視覺技術(shù)的最大區(qū)別在于處理的數(shù)據(jù)類型不同：
-
2D視覺領(lǐng)域中，主要是處理二維（X，Y）平面圖像里的信息（像素的灰度值）—— 像素灰度處理； -
3D視覺領(lǐng)域中，核心是對(duì)3D傳感器采集到的三維（X，Y，Z）點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可對(duì)物體進(jìn)行立體測量，獲取物體平面度、高度等信息 —— 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理；
二. 主流3D成像方法匯總
目前市面上的測距方法主要分為兩個(gè)大類：
- 被動(dòng)測量類：單目視覺、雙目視覺和多目視覺；
- 主動(dòng)測量類：結(jié)構(gòu)光法、
TOF飛行時(shí)間法，激光三角測距法；
一般工業(yè)領(lǐng)域都是普遍采用激光三角測距法，因?yàn)榧す馊菧y距法的精度比較高，抗干擾能力也很強(qiáng)，此外結(jié)構(gòu)光+雙目/單目的方式也比較常見。
1、雙目立體視覺法（Stereo Vision）
雙目立體視覺法的技術(shù)原理是通過從兩個(gè)視點(diǎn)觀察同一物體，從而來獲得同一物體在不同視角下的圖像。通過三角測量原理來計(jì)算圖像像素間的位置偏差（視差）來獲取物體的三維圖像，比如把一只手指放在鼻尖前方，左右眼看到手指會(huì)有一個(gè)錯(cuò)位的效果，這個(gè)位置差被稱為視差。相機(jī)所要拍攝的物體離相機(jī)越近，視差越大，離相機(jī)越遠(yuǎn)，視差就越小。由此可以得出，當(dāng)兩個(gè)相機(jī)的位置等條件已知時(shí)，就可以通過計(jì)算相似三角形的原理來得出從物體到相機(jī)的距離。
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2、激光三角傳感器原理
3D激光相機(jī)利用激光三角反射原理生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，它由激光發(fā)射器、鏡頭以及感光芯片，如圖所示：
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在3D相機(jī)中，取代光源的是激光發(fā)射器，通過復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，激光發(fā)射器發(fā)出一束激光照射到被測物體表面，反射光經(jīng)過光學(xué)透鏡組在相機(jī)的感光元件表面形成光斑，不同高度的表面反射形成的光斑位置各不相同。如下圖所示，當(dāng)被檢測表面偏高時(shí)，測量激光光斑位置會(huì)右移；反之，如果被檢測表面偏低時(shí)，測量激光光斑位置會(huì)左移。
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而我們實(shí)際需要求的就是物體表面①②之間高度差h，具體計(jì)算如下所示（以直射式為例）：
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已知激光和相機(jī)之間的夾角θ、像高h’（通過處理圖像獲得）、焦距 f、OH = hcosθ，AH = hsinθ、A’JO’與AJH為相似三角形，則可通過公式計(jì)算高度h：
f
a
+
h
c
o
s
θ
=
h
’
a
+
h
s
i
n
θ
\frac{f}{a+hcosθ} = \frac{h’}{a+hsinθ}
a+hcosθf?=a+hsinθh’?
三維（X，Y，Z）點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲?。?/strong>
一般我們把激光線方向稱為X方向，也就是激光照射出來的那條線定義為X軸，高度為Z方向，通過一次靜態(tài)拍照，我們可以得到X和Z兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)，Y方向可以通過移動(dòng)相機(jī)或者移動(dòng)物體，使相機(jī)持續(xù)不斷的拍照，就形成了連續(xù)的Y方向數(shù)據(jù)，最后組合在一起，就是我們所需要的3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)。![[Halcon&3D] 主流的3D光學(xué)視覺方案及原理](https://imgs.yssmx.com/Uploads/2023/05/463684-5.png)
注：不同廠家的產(chǎn)品，X/Y方向可能是相反的。
激光三角線掃速度（行頻）與傳送帶速度匹配關(guān)系：
v ? t μ ? t = W w \frac{v * t}{μ * t} = \frac{W}{w} μ?tv?t?=wW?
其中：v：傳送帶速度；μ：激光三角線掃速度；W：傳送帶X方向?qū)挾?；w：傳送帶X方向像素的個(gè)數(shù)；
注：速度不匹配可能會(huì)導(dǎo)致圖像出現(xiàn)拉伸情況。
3D激光相機(jī)的手動(dòng)搭建流程：
相機(jī)內(nèi)外參標(biāo)定（同2D標(biāo)定）—— 激光器發(fā)射的光平面和相機(jī)之間的位置關(guān)系標(biāo)定 —— 移動(dòng)標(biāo)定（激光器不一定垂直發(fā)射到平面的，需要校正）
3、結(jié)構(gòu)光法（Structured Light）
結(jié)構(gòu)光(Structured light)：通常采用特定波長的不可見的紅外激光作為光源，它發(fā)射出來的光經(jīng)過一定的編碼投影在物體上，通過一定算法來計(jì)算返回的編碼圖案的畸變來得到物體的位置和深度信息。根據(jù)編碼圖案不同一般有條紋結(jié)構(gòu)光—enshape ，編碼結(jié)構(gòu)光—Mantis Vision, Realsense(F200), 散斑結(jié)構(gòu)光–apple(primesense)
結(jié)構(gòu)光法利用光學(xué)三角測量原理，分為單目結(jié)構(gòu)光和雙目結(jié)構(gòu)光，如圖所示以雙目結(jié)構(gòu)光為例：
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特定波長的Laser發(fā)出的結(jié)構(gòu)光照射在物體表面，其反射的光線被帶濾波的camera相機(jī)接收，濾波片保證只有該波長的光線能為camera所接受。芯片對(duì)接收到的光斑圖像進(jìn)行運(yùn)算，得出物體的深度數(shù)據(jù)。
4、飛行時(shí)間法（Time of Flight）
TOF是Time of Flight的簡寫，直譯為飛行時(shí)間的意思。所謂飛行時(shí)間法3D成像，是通過給目標(biāo)連續(xù)發(fā)送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過探測光脈沖的飛行（往返）時(shí)間來得到目標(biāo)物距離，從而獲取物體三維輪廓信息。
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TOF法根據(jù)調(diào)制方法的不同，一般可以分為兩種：脈沖調(diào)制（Pulsed Modulation）和連續(xù)波調(diào)制（Continuous Wave Modulation）。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-463684.html
TOF深度相機(jī)對(duì)時(shí)間測量的精度要求較高，即使采用最高精度的電子元器件，也很難達(dá)到毫米級(jí)的精度。因此，在近距離測量領(lǐng)域，尤其是1m范圍內(nèi)，TOF深度相機(jī)的精度與其他深度相機(jī)相比還具有較大的差距，這限制它在近距離高精度領(lǐng)域的應(yīng)用，具體應(yīng)用場景參考：3D視覺傳感技術(shù)。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-463684.html
| 下雨天，最愜意的事莫過于躺在床上靜靜聽雨，雨中入眠，連夢里也長出青苔。 |
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