双目、结构光、tof,三种深度相机的原理区别看这一篇就够了!,深度相机原理解析,双目、结构光与TOF深度相机的技术差异解读

马肤

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摘要:本文介绍了双目、结构光和TOF三种深度相机的原理区别。双目相机通过模拟人眼双目视觉原理计算深度信息,结构光相机通过投射特定光模式到物体表面计算深度,而TOF相机则通过测量光线飞行时间来计算深度信息。本文旨在帮助读者全面了解三种深度相机的技术差异,以便在实际应用中做出合适的选择。

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前言

大家好,这里是OAK中国,我是助手君。

最近我在知乎看到了一个很有趣的问题,也发现许多朋友在B站询问关于深度相机的知识,我想刚开始接触深度相机的朋友们都会有这样的疑问,我整理了一下相关内容,希望大家能够更深入地了解深度相机。

什么是深度相机

深度相机,也被称为3D相机,与普通2D相机的区别在于它可以获取物体到相机的距离信息,结合2D平面的X、Y坐标,可以计算出每个点的三维坐标,深度相机的应用非常广泛,例如三维重建、目标定位、导航避障等。

大家可以通过这个视频了解OAK相机的效果:

OAK相机室内室外测试:深度+物体识别+三维坐标

目前常见的深度相机主要采用的技术可以分为三类:双目、结构光、ToF。

一、双目

基本原理

通过左右两个摄像头同时拍摄同一物体,然后利用计算机算法计算两个摄像头之间的视差,从而得出物体的深度信息。

双目、结构光、tof,三种深度相机的原理区别看这一篇就够了!,深度相机原理解析,双目、结构光与TOF深度相机的技术差异解读 第1张

视差是指两个摄像头拍摄同一物体时,物体在两个图像中的位置差异,计算机通过测量这个差异来确定物体离相机的距离。

双目相机不主动对外发射光源,因此称为被动深度相机。

优点

不需要结构光、TOF的发射器和接收器,因此结构简单硬件成本低,适合成本敏感的应用场景,因为依靠自然光,可在室内外使用。

缺点

强光、暗光影响较大,因为依赖于自然光,对无纹理的物体或表面影响较大,如纯色墙,双目相机依据视觉特征进行图像匹配,单一问题会引起匹配失效。

应用场景

包括机器人导航、人脸识别、手势识别等。

参考OAK相机的部分应用场景:
  • 使用OAK-D进行无人机导航和SLAM,自主仓库检查。
  • OAK-D-Lite室内自主导航机器人
  • 用AI和深度视觉来识别肢体语言,控制现实世界的物体。

二、结构光

基本原理

主要硬件有投射仪、相机,通过投射仪主动发射一束光源(通常是红外线激光)来照亮物体表面,并通过相机镜头来捕捉反射回来的光线。

双目、结构光、tof,三种深度相机的原理区别看这一篇就够了!,深度相机原理解析,双目、结构光与TOF深度相机的技术差异解读 第2张

在这个过程中,光线经过一个光学元件(例如衍射光栅或投射仪),以形成一个结构化的光斑(例如条纹或格子),当这个结构化光斑照射到物体表面时,它会产生形变,导致反射回相机的光斑也发生了畸变,通过分析这种畸变的形状和大小,深度相机可以计算出物体表面上每个像素点的深度信息。

优点

近距离(1米内)精度较高,毫米级,测量范围广、对光线和颜色的敏感度低等,主动投影,适合弱光照使用。

缺点

测量距离和分辨率存在一定的局限性,远距离精度差,随着距离的拉长,精度也随之变差,对环境光的干扰较大,室外强光照不宜使用。

应用场景

  • 【开源OAK-D与TurtleBot3机器人项目】OAK-D点云和里程计
  • 智能农业机器人BenchBot识别杂草等。

详细介绍结构光深度相机的其他应用场景...

三、ToF


详细介绍ToF深度相机的原理、优点、缺点以及应用场景... 省略部分细节以保持篇幅平衡。

四、总结

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