3D视觉成像的几种主要原理

目前，实现3D视觉成像的技术多种多样，但其基本原理都可以归结为以下几种：

1. 双目视觉（Stereo Vision）：模仿人眼
双目视觉是模仿人类眼睛工作原理的一种技术。我们有两只眼睛，它们从略微不同的角度观察同一个物体。大脑将这两幅图像进行处理，并根据它们之间的差异（即视差）来推断物体的深度信息。
工作原理：

• 多相机捕捉： 3D视觉系统通常使用两台或多台相机，以一定的距离间隔（基线）放置，同时捕捉同一场景的图像。
  
• 特征匹配： 算法会在两幅图像中寻找对应的特征点（例如物体的角点、纹理等）。
  
• 计算视差： 通过比较这些对应特征点在两幅图像中的位置差异，计算出视差。视差越大，表示物体距离相机越近；视差越小，表示物体距离相机越远。
  
• 深度重建： 基于视差信息和相机参数（如焦距、基线距离），利用三角测量原理计算出每个点的三维坐标，从而重建出场景的深度图或3D点云。
  
  

优点： 成本相对较低，技术成熟。缺点： 容易受到光照、纹理缺乏等因素影响，对计算能力要求较高。

2. 结构光（Structured Light）：“投射”出三维信息
结构光技术通过向场景投射特定的光图案（如点、线、栅格或编码图案），然后利用相机捕捉这些图案在物体表面的变形情况，来计算物体的三维形状。
工作原理：

• 投射器发射图案： 结构光设备包含一个投射器，可以发射出预设的、已知几何形状的光图案。
  
• 相机捕捉形变： 当这些光图案投射到物体表面时，由于物体表面起伏不平，图案会发生形变。相机捕捉下这些形变的图案。
  
• 解码与计算： 系统根据捕捉到的图案形变情况，结合投射光的几何信息和相机参数，通过复杂的算法解码出物体表面的深度信息。
  
  

优点： 精度高，受环境光影响较小，适用于表面纹理较少的物体。缺点： 对光照敏感，不适用于室外强光环境，可能产生阴影效应。

3. 飞行时间（Time-of-Flight, ToF）：光速测距
ToF技术通过测量光从发射到被物体反射回来的时间来计算距离。就像蝙蝠利用声波回声定位一样，ToF相机利用光脉冲来“探测”深度。
工作原理：

• 发射光脉冲： ToF相机发射出短促的光脉冲（通常是红外光）。
  
• 接收反射光： 光脉冲遇到物体后反射回来，被ToF相机内部的传感器接收。
  
• 测量飞行时间： 相机精确测量从光脉冲发出到接收到的时间差。
  
• 计算距离： 由于光速是已知常数，通过简单的公式：距离 = (光速 × 飞行时间) / 2，就可以计算出每个像素点到相机的距离。
  
  

优点： 实时性好，抗环境光干扰能力强，测量范围广。缺点： 精度相对较低，易受多径效应（光线多次反射）影响。

结构光有单目也有单目视觉的