随着3D成像技术日趋成熟，3D相机（jī）已经出现在日（rì）常（cháng）服务、金融支付、物流分拣、加工制造（zào）等（děng）越来越（yuè）多（duō）的应用场景（jǐng）中。但仍有许多使用者由于不甚（shèn）了解不同类型3D相机（jī）之间的差异（yì），在进行设备（bèi）选型时存在诸多困惑。本文将系统介绍各类3D相机的基本原理、特（tè）点以（yǐ）及相互之间的（de）差异（yì），帮助您更好地完成相机选型。

什么是3D相机

普通数码相（xiàng）机（jī）输出（chū）的图像以二维像素（sù）网格构成。依（yī）据每（měi）个像素的属性将其定义为（wéi）红色（Red）、绿色（Green）、蓝色（Blue），通常称为RGB。不同属性的像素可以用0－255的数（shù）字来表示，例（lì）如（rú），黑色的相（xiàng）应值为（0，0，0），纯（chún）鲜（xiān）红色的（de）相应（yīng）值是（255，0，0）。成千上百万的像素（sù）可以构（gòu）成我们常（cháng）见的照片（piàn）。

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知象光（guāng）电高（gāo）精度（dù）3D相（xiàng）机Ailook  支持3D实时成（chéng）像

3D相机的（de）不同之处在于，它可以测量普通数（shù）码相机无法测量的深度（dù）数（shù）据。所（suǒ）谓深度数据（jù），就是像素到相机的（de）距离（lí）。所以3D相机（jī）可以获取四个值，分别是RGB值和深度（dù）信息，即RGB－D。

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3D相机输出的深度信息可以通过不同的形式（shì）显示（shì）出来。在上（shàng）图示例中，左（zuǒ）边为彩色图（tú），右（yòu）边为深度图。深度图（tú）中的不同颜色（sè），表示像素到（dào）相机的距离（lí），青色表示距离相机最近，而红色则表示距离（lí）相机最远。其（qí）实深（shēn）度图的显（xiǎn）示，使用（yòng）什么颜色不重要，只是为了便于识别。

3D相机的常见类型

3D相（xiàng）机通过其使用的深度数据计算方（fāng）式来进行分类。不（bú）同（tóng）类（lèi）型的3D相机都有其优点与限（xiàn）制性，所以选取（qǔ）何种3D相（xiàng）机，就取决于（yú）使用（yòng）者的实际需求。常（cháng）见的选型要素（sù）有：最远（yuǎn）测（cè）量距离、最高精度、是否支持户外使用这三点。

1．结构（gòu）光（guāng）与（yǔ）编码光

结（jié）构光3D相（xiàng）机（jī）与编码光3D相机都是通过光（guāng）源发射器投射光（guāng）（通常是红外光）到物体。所投射（shè）的光是（shì）有特定（dìng）图案的。这种特定（dìng）的（de）图案，可以从视觉层面（miàn）进（jìn）行设（shè）置（zhì），也可（kě）以从时间层面（miàn）进行（háng）设置，还可以是（shì）这（zhè）两个方（fāng）式的结合。由于光投影的图案是既（jì）定的，所以3D相机的（de）内置传感器通过识别场（chǎng）景（jǐng）中（zhōng）的图案（àn）就（jiù）可以获取到深度信息。例如下图，如果光的既定图案是一（yī）系列（liè）条纹，当它投射到（dào）一个球上，这些条纹将会依据球的（de）表面产（chǎn）生特定形（xíng）变（biàn），且当球靠（kào）近（jìn）光源发射器时，图案还会发（fā）生相应（yīng）的改（gǎi）变。

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利用既（jì）定（dìng）图像与相机识别到（dào）的实际图像之间的（de）差（chà）异，可以计算出每（měi）个（gè）像素（sù）到相（xiàng）机的距（jù）离。这项技（jì）术的核心是需要精准（zhǔn）识（shí）别所投射的光的（de）图案（àn）。但是相机投射出（chū）的光的功率会（huì）因为距离变大（dà）而衰减，还会受到环境中其他相机或设备发出的（de）红外（wài）线噪音的干（gàn）扰，因（yīn）此，编码光和结构光相（xiàng）机适合在（zài）室内，进行短距离作（zuò）业。

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

2．立体（tǐ）视觉

立（lì）体（tǐ）视觉相机依据内置的传感器数量可分为单目立体视觉相机（内置单个传感器）与双目立（lì）体视觉（内置两个传感器）相机（jī）。由于（yú）它（tā）们工作原理相同，以下举例均以双目立体视觉技术为例（lì）进行介绍（shào）。立体视觉相机常（cháng）利用（yòng）红外光来（lái）提高测量（liàng）精度，并且可利用（yòng）一切光进行测量，这一点不同于（yú）上文介绍（shào）的编码光或结构光3D相机。双目立体视（shì）觉相机内（nèi）置两个传（chuán）感器（qì），可以分别得到（dào）出两组图（tú）像的深度信息。由于传感器（qì）之（zhī）间的距离是已知的，通过计算（suàn）便可以得（dé）到被（bèi）测对象的深度（dù）信息（xī）。

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双（shuāng）目立体视觉（jiào）相（xiàng）机（jī）的工作原理，与人眼进行（háng）深度感知的原理类似。人的两眼分别可看（kàn）见一幅图像，大脑可（kě）以计算出两（liǎng）眼之（zhī）间的差（chà）异（yì），距离物体近的一只眼所识（shí）别出的物（wù）体移动幅度更大，而距离物体远的一只眼（yǎn）所识别出的移动幅度就就小一些。

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双目立（lì）体视觉相机（jī）在大（dà）多数照明（míng）条件（jiàn）下（xià），甚至是户外，它都能（néng）保（bǎo）持良好的（de）性（xìng）能。如为其配置红（hóng）外光发射器，那么即（jí）使在光照（zhào）条件（jiàn）差的（de）环境中，它依然能敏锐感知深度信息。双目立体视觉相（xiàng）机的另一个优点是，在特定场景中，相机的（de）使用数量是没有限制的，不会（huì）出现多个编码光相（xiàng）机或TOF相机同（tóng）时使用（yòng）时出现（xiàn）的互相干扰（rǎo）的问题。

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双目立体视（shì）觉相机所能（néng）测（cè）量的距离取决于两个内置传感（gǎn）器之间的距离，也就是基线（xiàn）距离。基线（xiàn）距离（lí）越宽，相机（jī）可测（cè）试的距（jù）离就越远。事实上，天文学家们使（shǐ）用一种相似的技（jì）术来测量恒星（xīng）距地球的距离。先测量一颗（kē）恒星在天空中的位置，六（liù）个月后，当地球运转到轨道中离原始测量点最远位置时（shí），再次测量同一恒星（xīng）位置。这样（yàng），天文（wén）学家就可以利用大（dà）约3亿公里的基线（xiàn）距离计算出（chū）恒星距（jù）离地球（qiú）的（de）位置（zhì）（恒星的深度信（xìn）息（xī））。

3．TOF相（xiàng）机

每种3D相机（jī）都（dōu）依赖已知信息来推断深（shēn）度信息。例（lì）如，在（zài）立体（tǐ）视觉（jiào）技术中，基线距（jù）离是已知（zhī）的（de）。在编（biān）码光和（hé）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（yòng）来计算（suàn）深度的已知（zhī）变量。

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所有类型的TOF相机都（dōu）会发射某（mǒu）种（zhǒng）光线（xiàn），用来扫射全（quán）场，然后测算光反射（shè）回（huí）来的时间。根据光的功率和波长（zhǎng），TOF相机可（kě）适用远的（de）距离（lí）的测量工（gōng）作，例如，用TOF相机在直升机上进行地图绘制的（de）相关测量工（gōng）作；汽车（chē）自（zì）动驾驶（shǐ）中常使用的激光（guāng）定位器（qì）。

TOF相机的缺点是，在相（xiàng）同空间内（nèi），其他相（xiàng）机的（de）光（guāng）会（huì）对它们（men）造成较强干扰，而且（qiě）在室外环境下也不适用（yòng）。

你能用3D相机做什么？

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知象（xiàng）光电工（gōng）业3D相机Raygo  重复精（jīng）度最高可达5μm

3D相机可以让任（rèn）何设备和系统不（bú）需要（yào）人工干预的方（fāng）式理解场景。虽然（rán）计算机可以实（shí）现理解二维图像，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（xiàng）机本（běn）身（shēn）可提供一（yī）些无需训练便可识别的信息，例如，3D相机（jī）可直接区分前（qián）景、背景、场（chǎng）景，从图像（xiàng）中剔（tī）除背（bèi）景物，这对于需要（yào）分割背景的相关应用中非常有帮助。

本文为解释3D相机的类别（bié）及工作原理，列举（jǔ）了一些（xiē）应用场景（jǐng）。而实（shí）际上，3D相（xiàng）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设备看得更远（yuǎn）、更立体，更精准，同时还能（néng）联合人工（gōng）智能，助力更多领域的升级、创（chuàng）新。

西安知象（xiàng）光（guāng）电科技依托西安交通大学（xué）、中科院西光所、麻省理工学院（yuàn）等著名研究机（jī）构，研发结构光3D成像模组核心硬件技术和3D人工智能算法（fǎ），打造（zào）高（gāo）精度3D成像国际品牌。公（gōng）司产品已销（xiāo）往国（guó）内（nèi）、海（hǎi）外（wài）的消费电子（zǐ）、医疗（liáo）健（jiàn）康、军工安（ān）防、文化教育、工业（yè）检（jiǎn）测等市（shì）场（chǎng）。投资人包括（kuò）国中创投、深创投、软（ruǎn）银中（zhōng）国（guó）、中科创星等（děng）。