機器視覺係統的三維成像方式都有哪些？

　　機器視覺係統的三維成像方式都有哪些？康耐德來告訴你！

       3D視覺成像可分為光學和非光學成像方式。現在應用最多的還是光學方式
，其包括：飛行時間法、激光掃描法、激光投影成像、立體視覺成像等。

飛行時間3D成像

　　飛行時間(TOF)相機每個像素利用光飛行的時間差來獲得物體的深度。現在已經有飛行時間麵陣相機商業化產品
，如MesaImagingAGSR-4000
，PMDTechnologiesCamCube3.0
，微軟KinectV2等。

　　TOF成像可用於大視野

、遠距離

、低精確度
、低成本的3D圖像采集，其特點是：檢測速度快

、視野範圍較大
、工作距離遠、價格實惠，但精確度低，易受環境光的影響。例如Camcueb3.0具有可靠的深度精確度(<3mm@4m)
，每個像素對應一個3D數據。

掃描3D成像

　　掃描3D成像方法可分為掃描測距、主動三角法、色散共焦法。掃描測距是借助一道準直光束通過1D測距掃描整個物件表麵實現3D精確測量的。主動三角法是基於三角測量原理，借助準直光束、一道或多道平麵光束掃描物件表麵實現3D成像。色散共焦通過分析反射光束的光譜
，獲得對應光譜光的聚集位置。

　　掃描3D成像的最大優勢是測量精度高。其中色散共焦法還有其它方法難以比擬的優勢
，如特別適合精確測量透明物件、高反與光滑表麵的物件。但缺點是速度慢、效率低;用於機械手臂末端時，可實現高精度3D精確測量，但不適合機械手臂實時3Dyindaoyudingwei，suoyiyunyongchangjingbijiaoyouxian。ciwaizhudongsanjiaosaomiaozaijingqueceliangfuzajiegoubiaomianshirongyizaochengzhedang，xuyaotongguoyouxiaoguihuamoduanlujingyuzitailaijiejue。

立體視覺3D成像

　　立體視覺字麵意思是用一隻眼睛或兩隻眼睛感知三維結構
，一般情況下是指從不同的視點獲取兩幅或多幅圖像重構目標物體3D結構或深度信息，

　　立體視覺可分為被動和主動兩種形式。被動視覺成像隻依賴相機接收到的由目標場景產生的光輻射信息，該輻射信息通過2D圖像像素灰度值進行度量。被動視覺常用於特定條件下的3D成像場合
，如室內、目標場景光輻射動態範圍不大和無遮擋;場景表麵非光滑，且紋理清晰，容易通過立體匹配尋找匹配點;或者像大多數工業零部件，幾何規則明顯，控製點比較容易確定等。

　　主動立體視覺是利用光調製(如編碼結構光、激光調製等)照zhao射she目mu標biao場chang景jing
，對dui目mu標biao場chang景jing表biao麵mian的de點dian進jin行xing編bian碼ma標biao記ji，然ran後hou對dui獲huo取qu的de場chang景jing圖tu像xiang進jin行xing解jie碼ma
，以yi便bian可ke靠kao地di求qiu得de圖tu像xiang之zhi間jian的de匹pi配pei點dian，再zai通tong過guo三san角jiao法fa求qiu解jie場chang景jing的de3D結構。主動立體視覺的優點是抗幹擾性能強


、對環境要求不高(如通過帶通濾波消除環境光幹擾)，3D測量精度
、重複性和可靠性高;缺點是對於結構複雜的場景容易產生遮擋問題。

　　基於結構光測量技術和3D物體識別技術開發的機器人3D視覺引導係統，可對較大測量深度範圍內散亂堆放的零件進行全自由的定位和拾取。相比傳統的2Dshijiaodingweifangshizhinengduigudingshendulingjianjinxingshibieqiezhinenghuoqulingjiandebufenziyoududeweizhixinxi

，juyougenggaodeyingyongrouxinghegengdadejiancefanwei。keweijichuangshangxialiao、零件分揀、碼垛堆疊等工業問題提供有效的自動化解決方案。

結構光投影3D成像

　　結構光投影三維成像目前是機器人3D視覺感知的主要方法。結構光成像係統是由數個投影儀和相機組成，常用的結構形式有：單投影儀-單相機
、單投影儀-雙相機
、單投影儀-多相機、單相機-雙投影儀和單相機-多投影儀等。結構光投影三維成像的基本工作原理是：投tou影ying儀yi向xiang目mu標biao物wu體ti投tou射she特te定ding的de結jie構gou光guang照zhao明ming圖tu案an，由you相xiang機ji攝she取qu被bei目mu標biao調tiao製zhi後hou的de圖tu像xiang，再zai經jing過guo圖tu像xiang處chu理li和he視shi覺jiao建jian模mo求qiu出chu目mu標biao物wu體ti的de三san維wei信xin息xi。

　　依據結構光投影次數劃分
，結構光投影三維成像可以分成單次投影3D和多次投影3D方法。單次投影3D主要采用空間複用編碼和頻率複用編碼形式實現。由於單次投影曝光和成像時間短，抗振動性能好，適合運動物體的3D成像，如機器人實時運動引導，手眼機器人對生產線上連續運動產品進行抓取等操作。但是深度垂直方向上的空間分辨率受到目標視場、鏡頭倍率和相機像素等因素的影響，大視場情況下不容易提升。

　　多次投影3D具有較高空間分辨率
，能有效地解決表麵斜率階躍變化和空洞等問題。不足之處在於：

　　1)對於連續相移投影方法，3D重構的精度容易受到投影儀、相機的非線性和環境變化的影響;

　　2)抗振動性能差

，不合適測量連續運動的物體;

　　3)在視覺導引係統中，機械臂不易在連續運動時進行3D成像和引導;

　　4)實時性差，不過隨著投影儀投射頻率和CCD/CMOS圖像傳感器采集速度的提高，多次投影方法實時3D成像的性能也在逐步改進。

　　對於粗糙表麵，結構光可以直接投射到物體表麵進行視覺成像;但對於大反射率光滑表麵和鏡麵物體3D成像
，結構光投影不能直接投射到被成像表麵，需要借助鏡麵偏折法。

　　偏(pian)折(zhe)法(fa)對(dui)於(yu)複(fu)雜(za)麵(mian)型(xing)的(de)測(ce)量(liang)，通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)借(jie)助(zhu)多(duo)次(ci)投(tou)影(ying)方(fang)法(fa)，因(yin)此(ci)具(ju)有(you)多(duo)次(ci)投(tou)影(ying)方(fang)法(fa)相(xiang)同(tong)的(de)缺(que)點(dian)。另(ling)外(wai)偏(pian)折(zhe)法(fa)對(dui)曲(qu)率(lv)變(bian)化(hua)大(da)的(de)表(biao)麵(mian)測(ce)量(liang)有(you)一(yi)定(ding)的(de)難(nan)度(du)，因(yin)為(wei)條(tiao)紋(wen)偏(pian)折(zhe)後(hou)反(fan)射(she)角(jiao)的(de)變(bian)化(hua)率(lv)是(shi)被(bei)測(ce)表(biao)麵(mian)曲(qu)率(lv)變(bian)化(hua)率(lv)的(de)2倍
，因此對被測物體表麵的曲率變化比較敏感，很容易產生遮擋難題。

性能比較

　　1
、類似於飛行時間相機、光場相機這類的相機，可以歸類為單相機3D成像範圍
，它們體積小，實時性好，適合隨動成像眼在手係統執行3D測量、定位和實時引導。但是，飛行時間相機、光場相機短期內還難以用來構建普通的隨動成像眼在手係統，主要原因如下：

　　1)飛行時間相機空間分辨率和3D精度低，不適合高精度測量、定位與引導。

　　2)對於光場相機，目前商業化的工業級產品隻有為數不多的幾家，如德國Raytrix，雖然性能較好，空間分率和精度適中，但價格貴，使用成本太高。

　　2
、結構光投影3D係統
，精度和成本適中，有相當好的應用市場前景。它由若幹個相機-投影儀組成的，如果把投影儀當作一個逆向的相機，可以認為該係統是一個雙目或多目3D三角測量係統。

　　3、被動立體視覺3D成cheng像xiang
，目mu前qian在zai工gong業ye領ling域yu也ye得de到dao較jiao好hao應ying用yong
，但dan應ying用yong場chang合he有you限xian。因yin為wei單dan目mu立li體ti視shi覺jiao實shi現xian有you難nan度du，雙shuang目mu和he多duo目mu立li體ti視shi覺jiao要yao求qiu目mu標biao物wu體ti紋wen理li或huo幾ji何he特te征zheng清qing晰xi。

　　4、結構光投影3D、雙目立體視覺3D都存在下列缺點：體(ti)積(ji)較(jiao)大(da)
，容(rong)易(yi)產(chan)生(sheng)遮(zhe)擋(dang)。針(zhen)對(dui)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)雖(sui)然(ran)可(ke)以(yi)增(zeng)加(jia)投(tou)影(ying)儀(yi)或(huo)相(xiang)機(ji)覆(fu)蓋(gai)被(bei)遮(zhe)擋(dang)的(de)區(qu)域(yu)，但(dan)會(hui)增(zeng)加(jia)成(cheng)像(xiang)係(xi)統(tong)的(de)體(ti)積(ji)，減(jian)少(shao)在(zai)幾(ji)時(shi)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)中(zhong)應(ying)用(yong)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)。