常見的3D深度相機，根據(jù)工作原理的不同，分為ToF、結(jié)構(gòu)光、雙目視覺幾類。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. 雙目視覺相機工作原理

雙目視覺相機借鑒了人類雙眼的原理。它使用并排的，光軸平行的兩臺相機來觀測物體并感知被觀測到物體的深度信息。兩臺相機之間的距離是固定的，而兩臺相機光學中心之間的距離稱為基線距離。兩臺相機分別從不同的角度拍攝到被觀測物體。被觀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為視差。根據(jù)兩臺相機拍攝產(chǎn)生的視差信息，就可以通過算法計算生成深度圖。對于被觀測物體的照明，則有被動和主動兩種方式。被動方式使用外界環(huán)境光線包括普通日常人造光源來進行照明以便于成像。而主動方式則是在相機的拍攝視野范圍內(nèi)使用發(fā)光元件發(fā)射隨機的圖案打到待觀測物體表面，從而大大增加物體表面上便于用來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(jié)構(gòu)光。雙目視覺方式的優(yōu)點包括對外界光線劇烈變化的魯棒性，以及多臺設(shè)備之間互相完全不會發(fā)生影響和干擾。雙目深度相機的成本根據(jù)檢測范圍、距離和要求的精度不同而變化。

1. 結(jié)構(gòu)光3D相機工作原理

結(jié)構(gòu)光的工作方式是用投影機將特定的光學圖案投射到視野中待觀測物體的表面，然后使用相機進行拍攝，從而獲知3D深度信息。常用的光學圖案有點狀圖案、條紋狀圖案、或者具有色彩編碼的光學圖案，有時也使用隨時間變化的圖案。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圖案打到待觀測物體表面而形成的變形后的狀態(tài)。通過計算投射出的原始圖案和拍攝到的實際圖案之間的差異，即可重建相機視場中的3D深度信息，并輸出深度圖像。結(jié)構(gòu)光方式對于透明物體，高反光率的表面，以及大范圍視場的效果不夠理想。另外這種方式的劣勢還包括：當多臺設(shè)備的探測視場在同一個區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)重疊，或者外界環(huán)境光、其他光源和投影機打光的波長相同的時候，會造成明顯的干擾而導致性能惡化。結(jié)構(gòu)光方式的優(yōu)勢則是在較小的工作范圍下，可以通過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)的工作方式是通過測量光經(jīng)過一個特定距離所用的時間來計算出距離。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)射器到待觀測物體表面再到接收器的時間和此段距離成正比，即可通過測量出所經(jīng)歷時間而計算出距離。ToF所使用的光發(fā)射器大多是紅外光LED或者激光器。

和結(jié)構(gòu)光方式類似，當多臺ToF相機的探測視場在同一個區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)重疊，或者外界環(huán)境光、其他光源和ToF的光波波長相同的時候，會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，需要通過相機之間的同步控制來解決這個問題。總體來說，ToF工作方式的優(yōu)勢是較高的精度，不依賴外部光源，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)出單個的光脈沖，通過測量從發(fā)出脈沖到接受到從被測物體表面反射回來的光脈沖信號所經(jīng)歷的時間來計算出距離。

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

綜合到移動機器人在非結(jié)構(gòu)化場景中的應(yīng)用，對照上表的性能對比可以看到主動雙目深度相機無疑是最好的選擇。首先雙目原理兼顧了室內(nèi)室外場景，避免了多機的干擾，對于環(huán)境具有最高的適應(yīng)性；同時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(tǒng)可以非常好地平衡成本，做到價格可控。

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