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深度相機—TOF、雙相機立體視覺、結構光立體視覺原理及優勢對比

目前的深度相機根據其工作原理可以分為三種:TOF相機、雙相機立體視覺、結構光投射立體視覺。

1.TOF

TOF是Time of flight的簡寫,直譯為飛行時間的意思。所謂飛行時間法3D成像,是透過給目標連續傳送光脈衝,然後用感測器接收從物體返回的光,透過探測光脈衝的飛行(往返)時間來得到目標物距離。

深度相機—TOF、雙相機立體視覺、結構光立體視覺原理及優勢對比

TOF相機與普通機器視覺成像過程也有類似之處,都是由光源、光學部件、感測器、控制電路以及處理電路等幾部單元組成。TOF相機不僅可以獲取到深度資訊還可以獲取到影象的灰度資訊,微軟kinect2即是基於TOF原理的深度相機。

深度相機—TOF、雙相機立體視覺、結構光立體視覺原理及優勢對比

TOF 相機目前的主要應用領域包括:物流行業,安防和監控,工業視覺,工業定位、工業引導和體積預估;替代工位上佔用大量空間的、基於紅外光進行安全生產控制的裝置,醫療和生物,互動娛樂等領域。

2.

雙相機立體視覺

雙相機立體視覺指的是目前大家都在熱點研究的,僅依靠雙相機的視差獲取深度資訊的方式。雙相機立體視覺相機因為非常依賴純影象特徵匹配,所以在光照較暗或者過度曝光的情況下效果都非常差,另外如果被測場景本身缺乏紋理,也很難進行特徵提取和匹配。例如純色的背景。

深度相機—TOF、雙相機立體視覺、結構光立體視覺原理及優勢對比

3.

結構光投射立體視覺

結構光是透過紅外IR發射端投射人眼不可見的偽隨機散斑紅外光點到物體上,每個偽隨機散斑光點和它周圍視窗內的點集在空間分佈中的每個位置都是唯一且已知的。這是結構光的儲存器中已經預儲存了所有的資料。這些散斑投影在被觀察物體上的大小和形狀根據物體和相機的距離和方向而不同。拍攝到的斑點和已知斑點進行對比,然後獲取到深度資訊。根據三種不同的距離使用了三種不同尺寸的散斑,這樣的目的是為了在遠中近三種距離內都能得到相對較好的測量精度:近距離(0。8 – 1。2 m):可以獲得較高的測量精度,中距離(1。2 – 2。0 m):可以獲得中等的測量精度,遠距離(2。0– 3。5 m):可以獲得較低的測量精度。

深度相機—TOF、雙相機立體視覺、結構光立體視覺原理及優勢對比

4.

三種相機對比:

外星眼機器視覺從光線要求、幀率、測量範圍、功耗、測量精度等方面來給大家做下對比:

深度相機—TOF、雙相機立體視覺、結構光立體視覺原理及優勢對比

5.

總結:

1。雙目方案,最大的問題在於實現演算法需要很高的計算資源,導致實時性很差,而且基本跟解析度,檢測精度掛鉤。也就是說,解析度越高,要求精度越高,則計算越複雜,同時,純雙目方案受光照,物體紋理性質影響。

2。結構光方案,目的就是為了解決雙目中匹配演算法的複雜度和魯棒性問題而提出,該方案解決了大多數環境下雙目的上述問題。但是,在強光下,結構光核心技術鐳射散斑會被淹沒,因此,不合適室外。同時,在長時間監控方面,鐳射發射裝置容易壞,重新更換裝置後,需要重新標定。

3。TOF方案,感測器技術不是很成熟,因此,解析度較低,成本高,但由於其原理與另外兩種完全不同,實時性高,不需要額外增加計算資源,幾乎無演算法開發工作量,是未來發展的一個重要方向。

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