3D成像技术典型方案

主要观点总结

本文主要介绍了飞行时间3D成像、扫描3D成像、结构光投影3D成像、立体视觉3D成像等不同的3D成像方法。每种方法都有其特点和应用场景。文章还讨论了各种方法的优缺点，并提出了对低成本、精度适中、被动单目3D成像系统的开发需求。

关键观点总结

关键观点1: 飞行时间（TOF）相机利用光飞行的时间差获取物体深度，无扫描TOF三维成像技术近年来才实现。

间接TOF（I-TOF）不需要精确计时，而是采用时间选通光子计数器或电荷积分器，可在像素级实现。

关键观点2: 扫描3D成像方法包括扫描测距、主动三角法、色散共焦法等，其中色散共焦法是扫描测距法的一种。

单点飞行时间法适合远距离扫描，测量精度较低，而激光干涉法、共焦法和主动三角法等其他几种单点扫描方法测量精度较高。

关键观点3: 结构光投影三维成像目前是机器人3D视觉感知的主要方式，由投影仪和相机组成。

常用的结构形式有单投影仪-单相机、单投影仪-多相机等，其3D成像原理是通过投影仪向目标物体投射特定的结构光照明图案，由相机摄取被目标调制后的图像，再通过图像处理和视觉模型求出目标物体的三维信息。

关键观点4: 立体视觉3D成像通过从不同视点获取图像重构目标物体的3D结构或深度信息，深度感知视觉线索分为 ocular cues 和 Binocular cues（双目视差）。

单目视觉和双目视觉是常见的立体视觉实现方式，另外还有多（目）视觉成像和光场3D成像等方法。

关键观点5: 各种3D成像方法有其优缺点，如TOF相机实时性好但精度低，光场相机性能好但价格昂贵，结构光投影3D系统精度和成本适中但有体积较大的问题。

针对这些问题，文章提出了开发一种成本低廉、精度适中、被动单目3D成像系统的需求。

文章预览

飞行时间 3D 成像 飞行时间（ TOF ）相机每个像素利用光飞行的时间差来获取物体的深度。 在经典的 TOF 测量方法中，探测器系统在发射光脉冲的同时启动探测接收单元进行计时，当探测器接收到目标发出的光回波时，探测器直接存储往返时间。目标距离 Z 可通过以下简单方程估算。 这种测距方式也称为直接 TOF （ DTOF ）。 D-TOF 通常用于单点测距系统，为了实现面积范围 3D 成像，通常需要采用扫描技术。无扫描 TOF 三维成像技术直到近几年才实现，因为在像素级实现亚纳秒电子计时是非常困难的。与直接计时的 D-TOF 不同的方案是间接 TOF （ I-TOF ），时间往返行程是从光强度的时间选通测量中间接外推获得。 I-TOF 不需要精确的计时，而是采用时间选通光子计数器或电荷积分器，它们可以在像素级实现。 I-TOF 是目前基于 TOF 相机的电子和光混合器的商 ………………………………