随着3D成像（xiàng）技术日趋成熟，3D相机（jī）已经出现在日常（cháng）服务、金（jīn）融支付（fù）、物流（liú）分拣、加工制造等越来越多的应（yīng）用场景中。但（dàn）仍有许（xǔ）多使用（yòng）者由于不甚了解不同类型3D相机之间的差异，在进（jìn）行设备选型时存在诸多困惑。本文将系统介绍（shào）各类3D相机（jī）的基（jī）本原理、特点以及相（xiàng）互之间的差异，帮助您更好地完成相机（jī）选型。

什（shí）么（me）是3D相机

普（pǔ）通（tōng）数码相机输（shū）出的（de）图（tú）像以二维像素网格构成（chéng）。依据每个（gè）像素的（de）属（shǔ）性将其定义为红色（Red）、绿色（Green）、蓝色（Blue），通常称为（wéi）RGB。不同属（shǔ）性的像素可以用0－255的（de）数字来（lái）表示（shì），例如（rú），黑色的相应值为（0，0，0），纯鲜红色的（de）相应值是（255，0，0）。成千上百万的像素可（kě）以构（gòu）成我们常见的照片（piàn）。

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知（zhī）象光电高精（jīng）度3D相机Ailook  支持3D实时成像

3D相（xiàng）机的（de）不同之处在于，它可以测（cè）量普通数（shù）码（mǎ）相（xiàng）机无法测（cè）量（liàng）的深度数据。所谓深度（dù）数（shù）据，就是像素（sù）到（dào）相机的（de）距离。所（suǒ）以3D相机可以获（huò）取四个值，分（fèn）别是（shì）RGB值和深（shēn）度信（xìn）息，即RGB－D。

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3D相机输出的深度（dù）信（xìn）息可以通过不同的形式显示出来。在上图示例中，左边为彩色图，右边为（wéi）深度图。深度图中的（de）不同（tóng）颜色（sè），表示像素到相机（jī）的距离（lí），青色表示距离相机最近，而（ér）红色（sè）则（zé）表示距离相机最远。其实（shí）深度（dù）图（tú）的（de）显示，使用什么颜色不重要，只（zhī）是为了便（biàn）于识别。

3D相（xiàng）机的常（cháng）见类型

3D相机通过（guò）其使用的深度数据计算方式来进行（háng）分类（lèi）。不同类型（xíng）的3D相机都有其（qí）优（yōu）点与限（xiàn）制（zhì）性（xìng），所以（yǐ）选取何（hé）种3D相机（jī），就（jiù）取决于使用者（zhě）的实际需（xū）求。常见的选型要素有：最远测量距离、最高精（jīng）度、是否（fǒu）支持（chí）户外（wài）使用这（zhè）三点。

1．结构光与编（biān）码光

结（jié）构光3D相（xiàng）机与编码光3D相机都是通过光源发射器投射光（通常是红外光（guāng））到物（wù）体。所投射的光是有特定图（tú）案的。这种特定的图案，可以从视觉层面进行（háng）设置，也可以从时间层（céng）面进行设（shè）置，还可以是这两个（gè）方（fāng）式的结合。由于光投影的（de）图案是既（jì）定的，所以3D相机的（de）内置传感器（qì）通过识别场景中的图（tú）案就可以获取到深度信（xìn）息。例如（rú）下图，如果光的（de）既定图案是一系列条（tiáo）纹，当它投射到一个球上，这（zhè）些条纹将会依据球的表面产生（shēng）特定形变，且当（dāng）球（qiú）靠近（jìn）光源发射（shè）器时（shí），图案还（hái）会（huì）发生相应的改变。

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利用既（jì）定图（tú）像与相机（jī）识（shí）别（bié）到的实际图像之间的（de）差异，可以计算出（chū）每个（gè）像素到相机（jī）的距（jù）离。这项技术的核心（xīn）是需要（yào）精（jīng）准识别所投射的光（guāng）的图案（àn）。但是相机投射出的光的功率会因为距离（lí）变大（dà）而衰减，还会受到环境（jìng）中其（qí）他（tā）相机或设备发出（chū）的红外线噪音的干扰，因（yīn）此，编码光（guāng）和结构光相机（jī）适（shì）合在室内，进行短距（jù）离作业（yè）。

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知象光电工业3D相机（jī）Surface  采用双目红外结构光（guāng）技术

2．立体视觉

立体视觉相机（jī）依据内置的传感（gǎn）器数量可分为单目立体视觉（jiào）相机（jī）（内置单个传感器）与双目立（lì）体视觉（内置（zhì）两个传感器）相机。由于（yú）它们工作（zuò）原理相（xiàng）同，以（yǐ）下举例均以双目立体视觉技（jì）术为例进行介（jiè）绍。立体视觉相机（jī）常利用红外光（guāng）来提高测量精度，并且可利用一切光进行测（cè）量，这一点不同于（yú）上文介绍的编码光或结构光3D相机。双目立体（tǐ）视（shì）觉（jiào）相机内（nèi）置两个传感器，可（kě）以（yǐ）分别得到出两（liǎng）组（zǔ）图像的深度信（xìn）息（xī）。由于传感器之间的距离是（shì）已知的，通过计算便可以得到被测（cè）对（duì）象的深度信息。

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双（shuāng）目立体视觉相机的工作原理，与（yǔ）人眼进行深（shēn）度感知的原理（lǐ）类似。人的两眼分别可看见一（yī）幅图像（xiàng），大脑可以计算出两眼之间的差异，距离物体近的一只眼所识（shí）别（bié）出的物体移动幅度更大，而距离（lí）物体远（yuǎn）的一只眼所（suǒ）识别（bié）出的（de）移动幅度就就小一些。

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双目立体视觉相机在大多数照明条件下，甚至（zhì）是户（hù）外（wài），它都能保持良好的（de）性能（néng）。如为（wéi）其（qí）配置红外光发射器，那么（me）即（jí）使在光照条件（jiàn）差的环境中（zhōng），它依然能（néng）敏锐感知（zhī）深度信息。双目立体视觉相机的另一个优点是，在特定场景中，相机（jī）的使（shǐ）用数量是（shì）没有限制的，不会出现多个（gè）编（biān）码光相机（jī）或TOF相机同时使（shǐ）用时出现的互相干（gàn）扰的问题（tí）。

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双目（mù）立体视（shì）觉相机（jī）所能测（cè）量的距（jù）离取决于两个（gè）内置传（chuán）感器之间的（de）距离，也就是（shì）基线（xiàn）距离。基线距离越宽（kuān），相机可测试（shì）的距离就越远。事实上，天文（wén）学家（jiā）们（men）使用（yòng）一种相似的技术（shù）来测量恒星距地球（qiú）的距离（lí）。先测（cè）量（liàng）一（yī）颗恒星在（zài）天空中的位置，六个月后，当（dāng）地球（qiú）运转到轨（guǐ）道中离原始测量点最（zuì）远位置时（shí），再次测（cè）量同一恒（héng）星位置。这样，天（tiān）文学家就可以利用大约3亿（yì）公里的基线距（jù）离计算出恒星（xīng）距离地球的位置（恒（héng）星的深度（dù）信息）。

3．TOF相机（jī）

每种3D相机都依赖（lài）已知（zhī）信息来推断（duàn）深度信息。例如（rú），在立体（tǐ）视觉（jiào）技术中（zhōng），基（jī）线距离是已知的。在编（biān）码光和结构光技术中，光的图案是已知的。而在TOF技术（shù）（Time of Flight）方面（miàn），光速则是用来计算（suàn）深度的已知变量。

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所有类型的TOF相机都会发射某种光线，用（yòng）来扫射全场，然后测算光反射回（huí）来的时间（jiān）。根据光的（de）功（gōng）率和波长，TOF相机可适用远的距离的测量工作，例如，用TOF相机在直升机上（shàng）进（jìn）行地图绘制（zhì）的相关测量工作；汽车自动驾驶中常（cháng）使用（yòng）的激光定（dìng）位（wèi）器。

TOF相机的缺点（diǎn）是，在相同（tóng）空间内，其（qí）他相机的光会对它们（men）造成较强干扰，而且在室外环境下（xià）也不适用。

你能用3D相机做（zuò）什么（me）？

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知象光电工业3D相机（jī）Raygo  重复精度最（zuì）高可达5μm

3D相机可以让任何设备和（hé）系统不需要（yào）人工干（gàn）预的方式理解场（chǎng）景。虽（suī）然计算机可以实现理解二维图（tú）像，但这需要投入大量的时间和成本来训练机器学习网络。3D相机本身可提供（gòng）一（yī）些无需训练便可识别的信息，例（lì）如（rú），3D相机可直接（jiē）区分前景、背景（jǐng）、场景，从图像中剔除（chú）背（bèi）景物（wù），这对（duì）于需要分（fèn）割背景的相关应用中非常有帮助（zhù）。

本（běn）文为（wéi）解（jiě）释3D相机（jī）的（de）类别及工作原理，列举了一些应用场景。而实际上，3D相机可应用（yòng）的（de）范围远比这广泛的多。未来，3D视觉技术不（bú）仅能帮（bāng）助设备（bèi）看得更远、更（gèng）立体，更精准（zhǔn），同时还（hái）能联（lián）合人工智能，助力（lì）更多领域的（de）升级、创（chuàng）新（xīn）。

西安知象光电科技依托西安交（jiāo）通大学（xué）、中（zhōng）科院西光（guāng）所、麻省（shěng）理工（gōng）学院等著名研究机（jī）构，研（yán）发结（jié）构光3D成像模（mó）组核心（xīn）硬件（jiàn）技术和3D人工（gōng）智能算法，打造高精度3D成像国际品牌。公司产品已销往国内、海外的消费电子、医疗（liáo）健康（kāng）、军工安防（fáng）、文（wén）化教育、工（gōng）业检测等市场。投资人包括国中创投（tóu）、深创投、软银中国、中（zhōng）科创星（xīng）等。