常見(jiàn)的3D深度相機，根據工作原理的不同，分為T(mén)oF、結構光、雙目視覺(jué)幾類(lèi)。它們的工作原理和特性如何，如何才能挑選到機器人最合適的傳感器，這篇文章讓你一探究竟。

1. 雙目視覺(jué)相機工作原理

雙目視覺(jué)相機借鑒了人類(lèi)雙眼的原理。它使用并排的，光軸平行的兩臺相機來(lái)觀(guān)測物體并感知被觀(guān)測到物體的深度信息。兩臺相機之間的距離是固定的，而兩臺相機光學(xué)中心之間的距離稱(chēng)為基線(xiàn)距離。兩臺相機分別從不同的角度拍攝到被觀(guān)測物體。被觀(guān)測物體距離相機越近，其在兩臺相機上拍攝到的兩幅圖像中的相對位置變化就越明顯。這種相對的位置變化被稱(chēng)為視差。根據兩臺相機拍攝產(chǎn)生的視差信息，就可以通過(guò)算法計算生成深度圖。對于被觀(guān)測物體的照明，則有被動(dòng)和主動(dòng)兩種方式。被動(dòng)方式使用外界環(huán)境光線(xiàn)包括普通日常人造光源來(lái)進(jìn)行照明以便于成像。而主動(dòng)方式則是在相機的拍攝視野范圍內使用發(fā)光元件發(fā)射隨機的圖案打到待觀(guān)測物體表面，從而大大增加物體表面上便于用來(lái)識別和生成深度圖的紋理信息。一般地，多使用可生成偽隨機圖案的激光器，也可使用結構光。雙目視覺(jué)方式的優(yōu)點(diǎn)包括對外界光線(xiàn)劇烈變化的魯棒性，以及多臺設備之間互相完全不會(huì )發(fā)生影響和干擾。雙目深度相機的成本根據檢測范圍、距離和要求的精度不同而變化。

1. 結構光3D相機工作原理

結構光的工作方式是用投影機將特定的光學(xué)圖案投射到視野中待觀(guān)測物體的表面，然后使用相機進(jìn)行拍攝，從而獲知3D深度信息。常用的光學(xué)圖案有點(diǎn)狀圖案、條紋狀圖案、或者具有色彩編碼的光學(xué)圖案，有時(shí)也使用隨時(shí)間變化的圖案。相機和投影機被固定連接在一起，因此相機相對于投影機的位置和角度是固定不變的。因此，相機拍攝到的是投射出的光學(xué)圖案打到待觀(guān)測物體表面而形成的變形后的狀態(tài)。通過(guò)計算投射出的原始圖案和拍攝到的實(shí)際圖案之間的差異，即可重建相機視場(chǎng)中的3D深度信息，并輸出深度圖像。結構光方式對于透明物體，高反光率的表面，以及大范圍視場(chǎng)的效果不夠理想。另外這種方式的劣勢還包括：當多臺設備的探測視場(chǎng)在同一個(gè)區域內出現重疊，或者外界環(huán)境光、其他光源和投影機打光的波長(cháng)相同的時(shí)候，會(huì )造成明顯的干擾而導致性能惡化。結構光方式的優(yōu)勢則是在較小的工作范圍下，可以通過(guò)相對有限的成本得到較高的精度。

1. ToF深度相機工作原理

ToF(Time of Flight)的工作方式是通過(guò)測量光經(jīng)過(guò)一個(gè)特定距離所用的時(shí)間來(lái)計算出距離。ToF相機上分別有光發(fā)射器和接收器，由于光速是已知且固定不變的，光從發(fā)射器到待觀(guān)測物體表面再到接收器的時(shí)間和此段距離成正比，即可通過(guò)測量出所經(jīng)歷時(shí)間而計算出距離。ToF所使用的光發(fā)射器大多是紅外光LED或者激光器。

和結構光方式類(lèi)似，當多臺ToF相機的探測視場(chǎng)在同一個(gè)區域內出現重疊，或者外界環(huán)境光、其他光源和ToF的光波波長(cháng)相同的時(shí)候，會(huì )造成明顯的干擾而導致性能惡化。因此，當使用多臺ToF相機時(shí)，需要通過(guò)相機之間的同步控制來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題?？傮w來(lái)說(shuō)，ToF工作方式的優(yōu)勢是較高的精度，不依賴(lài)外部光源，以及對于表面缺乏紋理的被測物體也能獲得深度信息。

ToF又可分為dToF和iToF兩種：

dToF(Direct Time of Flight)是指發(fā)射器發(fā)出單個(gè)的光脈沖，通過(guò)測量從發(fā)出脈沖到接受到從被測物體表面反射回來(lái)的光脈沖信號所經(jīng)歷的時(shí)間來(lái)計算出距離。

iToF(Indirect Time of Flight)的光發(fā)射器發(fā)出連續的經(jīng)過(guò)調制的光信號，測距依據的是發(fā)出的光和接受到的反射光之間的相位差。

綜合到移動(dòng)機器人在非結構化場(chǎng)景中的應用，對照上表的性能對比可以看到主動(dòng)雙目深度相機無(wú)疑是最好的選擇。首先雙目原理兼顧了室內室外場(chǎng)景，避免了多機的干擾，對于環(huán)境具有最高的適應性；同時(shí)在測量范圍和測量精度上也具有非常好的性能兼顧；最后雙目系統可以非常好地平衡成本，做到價(jià)格可控。

BIMU-OS30A/BIMU-OS20A已經(jīng)處于量產(chǎn)狀態(tài)，并通過(guò)多項第三方可靠性測試和認證。