随着3D成像技（jì）术日趋成熟，3D相机已（yǐ）经出现在日常服务、金融支付、物流分拣、加（jiā）工制造等越来（lái）越（yuè）多的应（yīng）用场景中。但（dàn）仍有许多使用者由于不甚（shèn）了解不同类型3D相机之间的差异，在进行设备选型时存在（zài）诸多困惑。本文将系统介绍各类3D相机的（de）基本原理（lǐ）、特（tè）点（diǎn）以及（jí）相互（hù）之间（jiān）的（de）差（chà）异，帮助您更（gèng）好地完成相机选型（xíng）。

什（shí）么是（shì）3D相机

普通数（shù）码（mǎ）相机（jī）输（shū）出的图像以（yǐ）二维（wéi）像素网格（gé）构成。依据每个像素的属性将其定（dìng）义为红色（Red）、绿色（Green）、蓝色（Blue），通常称为RGB。不同（tóng）属性的像（xiàng）素可以用0－255的数字来表（biǎo）示，例如，黑色的相（xiàng）应值为（0，0，0），纯（chún）鲜（xiān）红（hóng）色（sè）的相应值（zhí）是（255，0，0）。成（chéng）千上百（bǎi）万的像素（sù）可以构成（chéng）我（wǒ）们常见的照片。

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知象光电高精度3D相机（jī）Ailook  支持3D实时成（chéng）像（xiàng）

3D相机的不同（tóng）之处在于（yú），它（tā）可以测量普通数码相（xiàng）机无（wú）法测量（liàng）的深（shēn）度（dù）数据。所谓深度数据，就是像素到（dào）相（xiàng）机（jī）的距离（lí）。所以3D相机可以获取四个（gè）值，分别是RGB值和深度（dù）信息，即RGB－D。

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3D相（xiàng）机输出（chū）的深度信（xìn）息可以（yǐ）通过不同的（de）形式显示出来。在上图示例（lì）中，左边为彩色图，右边为深度图。深度图中的不同颜（yán）色，表示（shì）像素（sù）到（dào）相（xiàng）机的（de）距离（lí），青色表示距离（lí）相机最近，而红色则表示距离相机最（zuì）远。其实深度图的显示，使用什（shí）么（me）颜色不重要，只是为了便于识别。

3D相机的常见（jiàn）类型

3D相机通（tōng）过（guò）其（qí）使用的深度数据计算方式来进行分类（lèi）。不同类（lèi）型的3D相机都有其优点与限制性，所以选（xuǎn）取何种3D相机，就取决于使（shǐ）用者的实际需求（qiú）。常见的选（xuǎn）型要素有：最远（yuǎn）测量（liàng）距离、最（zuì）高精度、是（shì）否支（zhī）持户外使用（yòng）这三点。

1．结构光（guāng）与（yǔ）编码（mǎ）光

结构光（guāng）3D相机与编（biān）码光3D相机都是通（tōng）过光源发射器（qì）投（tóu）射光（通常是（shì）红（hóng）外光）到物体。所（suǒ）投射（shè）的（de）光是有特定图案的（de）。这种特（tè）定（dìng）的图（tú）案，可以从视觉（jiào）层（céng）面进行设置，也可以（yǐ）从时间层面进行设置（zhì），还可以是这两（liǎng）个方式的结合。由于光投（tóu）影的图案是既定的，所以3D相机的内置传感器（qì）通过识别场景中（zhōng）的图案（àn）就可以（yǐ）获取到（dào）深度信息。例如下（xià）图，如果（guǒ）光的既定图案（àn）是（shì）一系列条纹，当它投射到一个球（qiú）上，这些条纹将会依据（jù）球的表面（miàn）产生特定（dìng）形变（biàn），且（qiě）当球靠近光源发射器时（shí），图案还会发生相应的改变。

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利用既定图像与相机识别到（dào）的实际图像之间的差异，可以计算出每个像素到（dào）相机的距（jù）离。这项技（jì）术的核心是需要精准识别所投射的光（guāng）的图案。但是相（xiàng）机投射出的光的功率会（huì）因为距（jù）离变大（dà）而衰减，还会受到（dào）环（huán）境中其他相机或设备（bèi）发出的红外线噪音的干扰（rǎo），因（yīn）此，编码光（guāng）和结（jié）构光（guāng）相机适合（hé）在室（shì）内（nèi），进行短距（jù）离（lí）作业。

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知象光电工业3D相机Surface  采用双目红外结构光技术

2．立体（tǐ）视觉

立体视觉相机（jī）依据内置的传感器数量可分为单目立体视（shì）觉相机（内置单个（gè）传（chuán）感器）与双目立体视觉（内置两个传感器）相机。由于它们工作原理相同（tóng），以下举（jǔ）例（lì）均以双目立体（tǐ）视觉技术（shù）为例（lì）进行介绍。立（lì）体视觉（jiào）相机常利用红外光来提高（gāo）测量精度，并（bìng）且（qiě）可利用（yòng）一（yī）切光进（jìn）行测量（liàng），这一点不同于上文介绍（shào）的编码光或结构光3D相机。双目立体视觉相机内置两个传感器，可（kě）以分（fèn）别得到出两组（zǔ）图像（xiàng）的深（shēn）度信息。由于传（chuán）感器之间的距（jù）离是已知（zhī）的（de），通过计算便可以（yǐ）得到被测对象（xiàng）的深度信息（xī）。

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双（shuāng）目立体视觉相（xiàng）机（jī）的工作原理（lǐ），与人眼进（jìn）行深（shēn）度感知的原理（lǐ）类似（sì）。人（rén）的（de）两眼分别可看见（jiàn）一幅图像，大（dà）脑可以计算出两眼（yǎn）之间的差异，距离物体近（jìn）的一只（zhī）眼所识（shí）别出的物体移动幅度更大，而距离物体远的（de）一（yī）只（zhī）眼（yǎn）所（suǒ）识别出的移动（dòng）幅度就就小一些。

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双（shuāng）目立体视觉（jiào）相机在大多数（shù）照（zhào）明条件下，甚（shèn）至是（shì）户外，它（tā）都能（néng）保持（chí）良好的（de）性能。如（rú）为其配置红外光（guāng）发射器，那（nà）么即使在光照条件差的环境（jìng）中，它依然能敏锐感知深度信息。双目立体视觉相机的（de）另一（yī）个优（yōu）点（diǎn）是，在（zài）特定场景中，相机的使（shǐ）用数量是没（méi）有限制的（de），不（bú）会出现多个（gè）编码光相机或TOF相机同时使用时出现的互相干（gàn）扰的问（wèn）题。

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双目立体视觉相机所能测量的（de）距离取决于两（liǎng）个内置传感器之（zhī）间（jiān）的距（jù）离，也就是基（jī）线距离。基（jī）线距离越宽，相机可测试（shì）的距离就越远（yuǎn）。事实上，天文学家们（men）使用一种（zhǒng）相似的技术来测量恒（héng）星（xīng）距地（dì）球的距离。先测量一颗恒星在天空（kōng）中的位置，六个月后，当（dāng）地球运转到（dào）轨道中（zhōng）离原始（shǐ）测量点最远位（wèi）置时，再次测量同一恒星（xīng）位置（zhì）。这样，天文学家就可以利（lì）用大（dà）约3亿公里的基线（xiàn）距离计算出恒星距（jù）离地（dì）球（qiú）的位置（恒星的深度信息）。

3．TOF相机

每种（zhǒng）3D相机都依赖已知信息来推（tuī）断（duàn）深度信息。例如，在立体视觉技术中，基线距离是已知的。在编码光和结构光技术中，光（guāng）的图案是（shì）已知的（de）。而在TOF技术（Time of Flight）方面，光（guāng）速则是用来（lái）计算（suàn）深度（dù）的已知（zhī）变量。

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所有（yǒu）类型的（de）TOF相机都会发射（shè）某种（zhǒng）光线，用来扫射（shè）全场，然后（hòu）测（cè）算光（guāng）反射回来的时间。根（gēn）据（jù）光（guāng）的功率和波长，TOF相（xiàng）机可适用远（yuǎn）的（de）距离的测量工作，例（lì）如，用TOF相机在（zài）直升机上进行地图绘（huì）制的相关测量（liàng）工作（zuò）；汽车（chē）自动驾驶中常使用的激光定位器。

TOF相（xiàng）机的缺点是，在相同空间内，其他相机的光会（huì）对它们造成较强干扰（rǎo），而且在室外环境（jìng）下也（yě）不适（shì）用。

你（nǐ）能用3D相机做什么？

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知象光电工业3D相机（jī）Raygo  重复精度最高可（kě）达5μm

3D相机可以让任何设备（bèi）和系（xì）统不需（xū）要人工干预的方式理解（jiě）场景。虽然计算机可以实（shí）现理解二维图（tú）像，但（dàn）这需要（yào）投入大量的时间和成本来训（xùn）练机（jī）器学习（xí）网络（luò）。3D相机本身可提供一（yī）些无需训练便可识别的（de）信息，例（lì）如，3D相机可直（zhí）接（jiē）区分前景、背（bèi）景（jǐng）、场景，从图像中剔除背景物，这对于需要分割背景的（de）相关应（yīng）用中非常有帮助（zhù）。

本文为（wéi）解（jiě）释3D相机（jī）的（de）类别（bié）及（jí）工作原理，列（liè）举了一些（xiē）应用场景。而实际上，3D相机可应用的范围远比（bǐ）这广泛的多。未来，3D视觉技术不仅能帮助（zhù）设备看（kàn）得更（gèng）远、更立体，更精准，同（tóng）时还能联（lián）合人工智（zhì）能（néng），助（zhù）力更多领域的升（shēng）级、创（chuàng）新。

西安知象光电科技依（yī）托西安交通大（dà）学、中（zhōng）科院西光所、麻省理（lǐ）工学（xué）院等著名研究（jiū）机构，研发结构光（guāng）3D成像模组核心硬件技术和3D人工智能算法（fǎ），打（dǎ）造高（gāo）精度3D成像国际品牌。公司（sī）产品已销往国内、海外的消费电子、医疗健（jiàn）康、军工（gōng）安防、文化教育、工业检测等市（shì）场。投（tóu）资人包（bāo）括国中创投、深创投（tóu）、软银中国（guó）、中科创星等。