機器視覺系統的三維成像方式都有哪些？下面就讓無錫貝斯勒來告訴你！

    3D視覺成像可分為光學和非光學成像方式。現在應用最多的還是光學方式，其包括：飛行時間法、激光掃描法、激光投影成像、立體視覺成像等。

    飛行時間3D成像

　　飛行時間(TOF)相機每個像素利用光飛行的時間差來獲得物體的深度。現在已經有飛行時間面陣相機商業化產品，如MesaImagingAGSR-4000，PMDTechnologiesCamCube3.0，微軟KinectV2等。

　　TOF成像可用于大視野、遠距離、低精確度、低成本的3D圖像采集，其特點是：檢測速度快、視野范圍較大、工作距離遠、價格實惠，但精確度低，易受環境光的影響。例如Camcueb3.0具有可靠的深度精確度(<3mm@4m)，每個像素對應一個3D數據。

    掃描3D成像

　　掃描3D成像方法可分為掃描測距、主動三角法、色散共焦法。掃描測距是借助一道準直光束通過1D測距掃描整個物件表面實現3D精確測量的。主動三角法是基于三角測量原理，借助準直光束、一道或多道平面光束掃描物件表面實現3D成像。色散共焦通過分析反射光束的光譜，獲得對應光譜光的聚集位置。

　　掃描3D成像的最大優勢是測量精度高。其中色散共焦法還有其它方法難以比擬的優勢，如特別適合精確測量透明物件、高反與光滑表面的物件。但缺點是速度慢、效率低；用于機械手臂末端時，可實現高精度3D精確測量，但不適合機械手臂實時3D引導與定位，所以運用場景比較有限。此外主動三角掃描在精確測量復雜結構表面時容易造成遮擋，需要通過有效規劃末端路徑與姿態來解決。

    立體視覺3D成像

　　立體視覺字面意思是用一只眼睛或兩只眼睛感知三維結構，一般情況下是指從不同的視點獲取兩幅或多幅圖像重構目標物體3D結構或深度信息。立體視覺可分為被動和主動兩種形式。被動視覺成像只依賴相機接收到的由目標場景產生的光輻射信息，該輻射信息通過2D圖像像素灰度值進行度量。被動視覺常用于特定條件下的3D成像場合，如室內、目標場景光輻射動態范圍不大和無遮擋；場景表面非光滑，且紋理清晰，容易通過立體匹配尋找匹配點；或者像大多數工業零部件，幾何規則明顯，控制點比較容易確定等。

　　主動立體視覺是利用光調制(如編碼結構光、激光調制等)照射目標場景，對目標場景表面的點進行編碼標記，然后對獲取的場景圖像進行解碼，以便可靠地求得圖像之間的匹配點，再通過三角法求解場景的3D結構。主動立體視覺的優點是抗干擾性能強、對環境要求不高(如通過帶通濾波消除環境光干擾)，3D測量精度、重復性和可靠性高；缺點是對于結構復雜的場景容易產生遮擋問題。

　　基于結構光測量技術和3D物體識別技術開發的機器人3D視覺引導系統，可對較大測量深度范圍內散亂堆放的零件進行全自由的定位和拾取。相比傳統的2D視覺定位方式只能對固定深度零件進行識別且只能獲取零件的部分自由度的位置信息，具有更高的應用柔性和更大的檢測范圍。可為機床上下料、零件分揀、碼垛堆疊等工業問題提供有效的自動化解決方案。

    結構光投影3D成像

　　結構光投影三維成像目前是機器人3D視覺感知的主要方法。結構光成像系統是由數個投影儀和相機組成，常用的結構形式有：單投影儀-單相機、單投影儀-雙相機、單投影儀-多相機、單相機-雙投影儀和單相機-多投影儀等。結構光投影三維成像的基本工作原理是：投影儀向目標物體投射特定的結構光照明圖案，由相機攝取被目標調制后的圖像，再經過圖像處理和視覺建模求出目標物體的三維信息。

　　依據結構光投影次數劃分，結構光投影三維成像可以分成單次投影3D和多次投影3D方法。單次投影3D主要采用空間復用編碼和頻率復用編碼形式實現。由于單次投影曝光和成像時間短，抗振動性能好，適合運動物體的3D成像，如機器人實時運動引導，手眼機器人對生產線上連續運動產品進行抓取等操作。但是深度垂直方向上的空間分辨率受到目標視場、鏡頭倍率和相機像素等因素的影響，大視場情況下不容易提升。

　　多次投影3D具有較高空間分辨率，能有效地解決表面斜率階躍變化和空洞等問題。不足之處在于：

　　1)對于連續相移投影方法，3D重構的精度容易受到投影儀、相機的非線性和環境變化的影響；

　　2)抗振動性能差，不合適測量連續運動的物體；

　　3)在視覺導引系統中，機械臂不易在連續運動時進行3D成像和引導；

　　4)實時性差，不過隨著投影儀投射頻率和CCD/CMOS圖像傳感器采集速度的提高，多次投影方法實時3D成像的性能也在逐步改進。

　　對于粗糙表面，結構光可以直接投射到物體表面進行視覺成像；但對于大反射率光滑表面和鏡面物體3D成像，結構光投影不能直接投射到被成像表面，需要借助鏡面偏折法。

　　偏折法對于復雜面型的測量，通常需要借助多次投影方法，因此具有多次投影方法相同的缺點。另外偏折法對曲率變化大的表面測量有一定的難度，因為條紋偏折后反射角的變化率是被測表面曲率變化率的2倍，因此對被測物體表面的曲率變化比較敏感，很容易產生遮擋難題。

性能比較

　　1、類似于飛行時間相機、光場相機這類的相機，可以歸類為單相機3D成像范圍，它們體積小，實時性好，適合隨動成像眼在手系統執行3D測量、定位和實時引導。但是，飛行時間相機、光場相機短期內還難以用來構建普通的隨動成像眼在手系統，主要原因如下：

　　1)飛行時間相機空間分辨率和3D精度低，不適合高精度測量、定位與引導。

　　2)對于光場相機，目前商業化的工業級產品只有為數不多的幾家，如德國Raytrix，雖然性能較好，空間分率和精度適中，但價格貴，使用成本太高。

　　2、結構光投影3D系統，精度和成本適中，有相當好的應用市場前景。它由若干個相機-投影儀組成的，如果把投影儀當作一個逆向的相機，可以認為該系統是一個雙目或多目3D三角測量系統。

　　3、被動立體視覺3D成像，目前在工業領域也得到較好應用，但應用場合有限。因為單目立體視覺實現有難度，雙目和多目立體視覺要求目標物體紋理或幾何特征清晰。

　　4、結構光投影3D、雙目立體視覺3D都存在下列缺點：體積較大，容易產生遮擋。針對這個問題雖然可以增加投影儀或相機覆蓋被遮擋的區域，但會增加成像系統的體積，減少在幾時視覺系統中應用的靈活性。