立體視覺字面意思是用一只眼睛或兩只眼睛感知三維結(jié)構(gòu)，一般情況下是指從不同的視點(diǎn)獲取兩幅或多幅圖像重構(gòu)目標(biāo)物體3D結(jié)構(gòu)或深度信息。目前立體視覺3D成像方法可以分為單目視覺、雙目視覺、多（目）視覺和光場(chǎng)3D成像等，其中最為典型的便是雙目立體視覺3D成像。

圖5  Intel實(shí)感深度攝像頭D455示意圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

雙目立體視覺方法是利用兩個(gè)相機(jī)從兩個(gè)不同的視點(diǎn)對(duì)同一個(gè)目標(biāo)物體獲得兩個(gè)視點(diǎn)圖像，然后計(jì)算兩個(gè)視點(diǎn)圖像的視差以此獲得目標(biāo)物體的3D深度信息，如圖6所示，該計(jì)算過程一般分為以下四個(gè)步驟：圖像畸變矯正、立體圖像校對(duì)、圖像配準(zhǔn)和三角法重投影視差圖計(jì)算。

圖6 雙目立體視覺工作原理示意圖

這種雙目立體視覺3D成像的方法是被動(dòng)視覺成像的一種，比較依賴于機(jī)接收到的由目標(biāo)場(chǎng)景產(chǎn)生的光輻射信息，已成功應(yīng)特定條件下的3D測(cè)量場(chǎng)景，但場(chǎng)景應(yīng)用有限，對(duì)場(chǎng)景要求較高，比如：目標(biāo)場(chǎng)景光輻射動(dòng)態(tài)范圍較小且無遮擋、目標(biāo)物體表面光滑或紋理清晰、幾何規(guī)則明顯等。

四、三角測(cè)量法

激光三角測(cè)量法已經(jīng)存在了數(shù)十年，且目前仍然被廣泛使用，其主要作用是測(cè)量目標(biāo)物體上單個(gè)點(diǎn)的準(zhǔn)確深度。

其工作原理是利用激光光源、目標(biāo)物體和相機(jī)定義一個(gè)空間三角形，并通過確定三者之間的相交角度來計(jì)算目標(biāo)物體單個(gè)點(diǎn)的3D坐標(biāo)信息，如圖7所示。在此基礎(chǔ)上，將其與線掃描技術(shù)和面掃描技術(shù)相結(jié)合便可實(shí)現(xiàn)2D和3D的測(cè)量。

圖7  三角測(cè)量法工作原理示意圖

三角測(cè)量法具有非常高的分辨率和測(cè)量精度，其分辨率可擴(kuò)展到毫米及微米級(jí)別，但在實(shí)際應(yīng)用中受相機(jī)和激光光源橫向距離的限制，并且測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，僅適用于較短的距離的測(cè)量。

五、FMCW法

FMCW法也稱為相干3D成像法，是通過一系列連續(xù)調(diào)制（如正弦調(diào)制、平方幅度調(diào)制等）的出射激光或LED發(fā)射探測(cè)光，經(jīng)目標(biāo)物體反射后，根據(jù)發(fā)射和接收信號(hào)之間的調(diào)制幅度的相移來獲得物體距離等信息。

相比于TOF法，F(xiàn)MCW法不依賴于光脈沖的飛行之間和發(fā)射光的幅度和功率，而是依賴于窄線寬激光器與相干接收器耦合產(chǎn)生的低功率頻率啁啾，具有更高的靈敏度、精度和準(zhǔn)確度，并且具有較為優(yōu)異的抗干擾性，但由于確定相移需要更長(zhǎng)的測(cè)量和積分時(shí)間，且由于相移重復(fù)回產(chǎn)生距離歧義的問題，因此該方法僅適用于短距離的測(cè)量。

圖8 SiLC Technologies的“4D + Vision Chip”FMCW激光雷達(dá)傳感器示意圖

總結(jié)

隨著對(duì)機(jī)器視覺系統(tǒng)的研究和探索，它已經(jīng)在制造業(yè)生產(chǎn)、日常生活、以及醫(yī)療健康等方面扮演者越來越重要的角色，極大地提高了現(xiàn)有的生產(chǎn)力和自動(dòng)化水平，必將是我國(guó)智能制造中亟需發(fā)展和研究的項(xiàng)目。

但該系統(tǒng)較為復(fù)雜，涉及多個(gè)學(xué)科的交叉，比如光學(xué)成像、圖像處理、自動(dòng)化、控制等。因此必將出現(xiàn)大量的學(xué)科交叉問題及瓶頸，而如何在其中探索出高準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和強(qiáng)魯棒性等性能的復(fù)合方案將是研究者和應(yīng)用企業(yè)追尋及探索的方向。