文章目錄

• • 立體相機 · 3D線激光輪廓傳感器
  • 立體相機 · ToF立體相機
  • 立體相機 · 雙目立體相機
  • 立體相機 · 結構光立體相機
  • 3D結構光與ToF、雙目的優缺點對比

立體相機 · 3D線激光輪廓傳感器

• 原理：
• 3D線激光輪廓傳感器：使用激光三角測量原理, 對被測物體表面進行二維輪廓掃描。
• 激光源發出激光束，被一組特定透鏡放大形成激光線，投射到被測物表面上。物體表面的反射光線穿過透鏡，通過聚焦成像在感光陣列上形成光斑，經過圖像處理生成高密度的3D點云輪廓影像。
• 適用場景：尺寸檢測，缺陷檢測，字符識別，引導定位。

• 供應商：

供應商型號凈距離近視場遠視場檢測范圍檢測精度檢測速度數據接口含稅價格

海康威視	MV-DL2040-04B-H	750 mm	1000 mm	2235 mm	1000 mm	±5 mm	3 m/s	GigE	8,500
海康威視	MV-DL2025-04H-H	650 mm	1000 mm	2600 mm	1000 mm	±5 mm	3 m/s	GigE	/

供應商型號輪廓點數安裝距離Z 軸測量范圍視野Z 軸重復精度X 軸分辨率采樣頻率數據接口含稅價格

海康威視	MV-DP090-02B	1920	119mm	35mm	76mm	3μm	0.048-0.071mm	60~700Hz	GigE	14,400
青波光電	LM-2208	1280	95mm	30mm	29-35mm	0.6μm	0.022-0.027mm	10~180Hz	GigE	25,000
青波光電	LM-2308	2048	95mm	40mm	50-65mm	0.6μm	0.024-0.032mm	10~150Hz	GigE	25,000
青波光電	LH-2330	2048	80mm	100mm	54-96mm	0.8μm	0.026-0.046mm	342-8000Hz	GigE	45,000
青波光電	LM-2408	3840	98mm	34mm	30-35mm	0.6μm	0.008-0.009mm	10~150Hz	GigE	25,000
青波光電	LM-2430	3840	308mm	224mm	100-180mm	5μm	0.026-0.047mm	10~30Hz	GigE	25,000
青波光電	LM-2450	3840	440mm	420mm	155-355mm	10μm	0.040-0.092mm	10~30Hz	GigE	25,000
青波光電	LM-24A0	3840	610mm	720mm	265-730mm	20μm	0.069-0.190mm	10~30Hz	GigE	25,000

立體相機 · ToF立體相機

• 原理：
• ToF 飛行時間測距法（Time of flight），其工作原理是測量調制光線從光源發射、場景反射后進入傳感器的時間延遲，利用發射光與反射光之間的相位移位，計算得到目標表面到傳感器的距離。
• 優點：實時性高，復雜度極低，不需要額外增加計算資源。
• 缺點：傳感器技術不是很成熟，因此分辨率較低，成本高。
• 為了精確計算相位移動，索尼 IMX556 DepthSense ToF 傳感器采用電流輔助光電子解調器（CAPD）像素結構，對入射光與發射光調制同步采樣：
  • 調制光線從垂直腔面發射激光器（VCSEL）二極管中不間斷地發射出來，到達物體表面后，光線被反射回CMOS傳感器。
  • CAPD在傳感器感光元件的光電二極管中形成交變電壓，產生一個可在兩個檢測結點(b1, b2)之間分離電子的交變漂移場，與VSCEL激光二極管的調制頻率同步。為了充分捕捉反射光，兩個結點的相位相差180°。
  • 一旦光子在光電二極管內轉換成電子，就被迅速分割，拉向檢測結點，以此確保相機準確計算相移 。

• 背照式CMOS：電流輔助光電子解調器（CAPD）提供了一種有效的方式來解調和收集光電二極管內部的電子，但是反射光必須首先暢通無阻地到達傳感器的光電二極管。與傳統的前照式CMOS傳感器設計不同，背照式傳感器將布線層置于光電二極管下方，提高了光敏度。這樣安置移除了任何可能會擋住部分射入光線的電線或電路障礙。

• 減少無用圖像偽影是IMX556的另一個優點。由于IMX556是CMOS傳感器，它比CCD ToF 傳感器具有更好的抗漏光和抗暈染性能。漏光和暈染會導致3D數據出錯，當電荷溢出像素阱容量，溢入相鄰像素中，就會產生漏光和暈染。這種情況通常由強光源或反射表面造成。

• 用于計算距離的發射光對ToF（飛行時間）相機的性能至關重要。為了確保可靠的性能，Helios（LUCID加拿大相機廠商）相機使用4個垂直腔面發射激光器(VCSEL)發射調制光（嵌入安裝在相機的四個角）。

供應商LUCID（加拿大）

型號	Helios2 Time of Flight (ToF) IP67 3D
芯片	Sony DepthSense IMX556PLR CMOS
快門	Global
靶面尺寸	1/2″
分辨率	640 x 480 （0.3 MP）
像元尺寸	10x 10μm
幀率	30 FPS
數字信號接口	GigE
工作距離	6 模式：1.25米 / 3米 / 4米 / 5米 / 6米 / 8.333米
精度	± 4.0 mm
光源（集成）	4 x VCSEL laser diodes, Class 1, @ 850nm
鏡頭（集成）	集成 6mm S-mount 鏡頭(不可更換)
價格	1495美元 （￥10,375 RMB）

立體相機 · 雙目立體相機

• 原理：
• 雙目立體相機 ，基于雙目立體視覺，不對外主動投射光源，完全依靠拍攝的兩張圖片（彩色RGB或者灰度圖）來計算深度，因此有時候也被稱為被動雙目深度相機。
• 雙目立體相機的深度測量過程如下：

首先需要對雙目相機進行標定，得到兩個相機的內外參數、單應矩陣。

根據標定結果對原始圖像校正，校正后的兩張圖像位于同一平面且互相平行。

對校正后的兩張圖像進行像素點匹配。

根據匹配結果計算每個像素的深度，從而獲得深度圖。

• 優點
  • 成本低，在室內室外都能使用。
• 缺點
  • 對環境光照角度變化、強度變化等非常敏感。在光照較強（過度曝光）和較暗的情況下也會導致算法效果急劇下降。
  • 不適用于單調缺乏紋理的場景。由于雙目立體視覺法根據視覺特征進行圖像匹配，所以對于缺乏視覺特征的場景會出現匹配困難，導致匹配誤差較大甚至匹配失敗。
  • 需要逐像素計算匹配，計算復雜度高。
  • 相機基線（兩個攝像頭間距）限制了測量范圍。基線越大，測量范圍越遠；基線越小，測量范圍越近。
• 供應商：

品牌海康威視海康威視

型號	MV-DB1612-05H	MV-DB1308-05H
價格	8360	7860
近視場	1100 mm×950 mm	500 mm×500 mm
遠視場	2050 mm×1750 mm	1000 mm×1000 mm
凈距離（CD）	1000 mm	500 mm
檢測精度	±5 mm	±5mm
數據類型	原始圖，深度圖，體積數據	原始圖，深度圖，體積數據
激光安全等級	3R	3R
數據接口	GigE	GigE
數字I/O	12-pin M12 接口提供供電和 1 路 RS-232	12-pin M12 接口提供供電和 1 路 RS-232
典型功耗	＜10.0 W@12 VDC	＜10 W@12 VDC
IP防護等級	IP65	IP65
溫度	工作溫度0~ 45°C，儲藏溫度-30~ 80°C	工作溫度0~ 45°C，儲藏溫度-30~80°C
掃描幀率	14fps@深度圖，5fps@體積數據	14fps@深度圖，5fps@體積數據
測量范圍（MR）	800 mm	500 mm

立體相機 · 結構光立體相機

• 結構光立體相機 ，為了解決雙目匹配算法的復雜度和魯棒性問題而被提出。結構光法不依賴于物體本身的顏色和紋理，采用了主動投影已知圖案的方法來實現快速魯棒的匹配特征點，能夠達到較高的精度，也大大擴展了適用范圍。
• 結構光立體相機，通常采用特定波長的不可見的紅外激光作為光源，它發射出來的光經過特定結構的編碼投影在物體上，再由專門的紅外攝像頭進行采集，通過算法來計算返回的編碼圖案的畸變來得到物體的位置和深度信息，以此來獲得三維結構。
• 根據編碼圖案不同一般有：
  • 條紋結構光，代表傳感器 enshape ，
  • 編碼結構光，代表傳感器 Mantis Vision, Realsense(F200),
  • 散斑結構光 ，代表傳感器 apple(primesense), 奧比中光。

• 優點:
  • 由于結構光主動投射編碼光，因而非常適合在光照不足（甚至無光）、缺乏紋理的場景使用。
  • 結構光投影圖案一般經過精心設計，所以在一定范圍內可以達到較高的測量精度。
  • 技術成熟，深度圖像可以做到相對較高的分辨率。
• 缺點
  • 室外環境基本不能使用。這是因為在室外容易受到強自然光影響，導致投射的編碼光被淹沒。增加投射光源的功率可以一定程度上緩解該問題，但是效果并不能讓人滿意。
  • 測量距離較近。物體距離相機越遠，物體上的投影圖案越大，精度也越差（想象一下手電筒照射遠處的情景），相對應的測量精度也越差。所以基于結構光的深度相機測量精度隨著距離的增大而大幅降低。因而，往往在近距離場景中應用較多。
  • 容易受到光滑平面反光的影響。
  • 在長時間監控方面，激光發射設備容易壞，重新更換設備后，需要重新標定。

3D結構光與ToF、雙目的優缺點對比

雙目結構光ToF

基礎原理	雙目匹配，三角測量	激光條紋斑點編碼	反射時間差
響應時間	慢	中	快
低光環境表現	弱	良好，取決于光源	良好（紅外激光）
強光環境變現	弱	弱	中
深度精確度	中	中高	低
分辨率	中高	中	低
識別距離	短，受基線限制	短，受光斑圖案影響	中等（1-10m），受光源強度限制
軟件復雜度	高	中	低
硬件成本	低	中	高
內外參標定	需要	需要	/

總結

以上是生活随笔為你收集整理的机器视觉 · 立体相机的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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