相机测距技术原理
相機測距技術主要為：單目相機測距，雙目相機測距，結構光測距，TOF測距。?
目錄
單目相機測距：
雙目相機測距：
結構光測距：
普通的結構光：
Light Coding(激光散斑光源):
TOF（飛行時間測距法）:
單目相機測距：
單目相機測距原理可以看做是小孔成像
圖中f是攝像頭的焦距，c是鏡頭光心。物體發出的光經過相機的光心，然后成像于圖像傳感器或者也可以說是像平面上，如果設物體所在平面與相機平面的距離為d，物體實際高度為H，在傳感器上的高度為h，H一定要是已知的，我們才能求得距離d。
由相似三角形得到他們的關系：。
實現的時候要先得知物體的尺寸（可以通過目標識別進行估算）以及攝像頭的焦距。適用于測量已知規則物體的距離。
優點：（1）成本低；（2）對計算資源要求低；（3）結構簡單。
缺點：（1）需要不斷更新和維護一個龐大的樣本數據庫，從而保證系統達到較高的識別率；（2）適用范圍小，無法對非標準障礙物進行判斷；（3）由于距離并非真正意義上的測量，準確度較低；（4）測距近。
雙目相機測距：
通過對兩幅圖像視差的計算，直接對前方景物（圖像所拍攝到的范圍）進行距離測量，而無需判斷前方出現的是什么類型的障礙物。所以對于任何類型的障礙物，都能根據距離信息的變化，進行必要的預警或制動。雙目攝像頭的原理與人眼相似。人眼能夠感知物體的遠近，是由于兩只眼睛對同一個物體呈現的圖像存在差異，也稱“視差”。物體距離越遠，視差越小；反之，視差越大。視差的大小對應著物體與眼睛之間距離的遠近，這也是3D電影能夠使人有立體層次感知的原因。
?
?圖中點P為空間中待測點，、分別是代表兩攝像頭的光點，、代表點P在兩攝像頭成像上兩個像素點x軸方向位置，T為兩攝像頭之間的距離，f是攝像頭的焦距，Z為點P到兩攝像頭的垂直距離。
計算時、是以x軸方向上以左端為原點到、的距離，公式中得到，和兩點之間距離。
具體的實現步驟：相機標定（獲取相機的內參，外參以及畸變參數，確定三維坐標系和相機圖像坐標系的映射關系）——雙目校正（將相機標定得到的參數進行消除畸變，然后把兩幅圖像嚴格地行對應，使得兩幅圖像的對極線恰好在同一水平線上，這樣一幅圖像上任意一點與其在另一幅圖像上的對應點就必然具有相同的行號）——雙目匹配（把同一場景在左右視圖上對應的像點匹配起來，獲取視差圖）——計算深度信息。
優點：（1）成本適中，精度較高；（2）測量不受障礙物影響；（3）結構簡單。
缺點：（1）依賴物體本身的特征點，對表面顏色和紋理特征不明顯的物體效果較差；（2）計算量非常大，對計算單元的性能要求非常高；（3）對采光敏感，精度受匹配的精度和正確性影響；（4）測距較近。
結構光測距：
普通的結構光：
通過投影一個預先設計好的圖案作為參考圖像(編碼光源)，將結構光投射至物體表面，再使用攝像機接收該物體表面反射的結構光圖案，這樣，同樣獲得了兩幅圖像，一幅是預先設計的參考圖像，另外一幅是相機獲取的物體表面反射的結構光圖案，由于接收圖案必會因物體的立體型狀而發生變形，故可以通過該圖案在攝像機上的位置和形變程度來計算物體表面的空間信息。普通的結構光方法仍然是部分采用了三角測距原理的深度計算。
?圖中是被測物體表面一點，是攝像機鏡頭光心，是投影儀鏡頭光心，是基線（投影儀鏡頭光心到攝像機光心之間的距離），是為攝像機光心到參考平面的距離。
由相似三角形可得：，由于Y軸平行于光柵方向，所以在參考平面上，相位沿著X軸方向不斷變化，則在參考平面上一點(x,y)，設其相位為θ，λ為光柵節距，則有：，所以，最后解得。其中為所求物點高度，L、d、λ為系統標定或結構光光柵編碼時可確定的參數。所以只需要通過結構光解碼求得物點P處相位相對于參考平面相位變化值Δθ即可完成三維信息測量，而基線d越大測量效果越好。
優點：（1）技術成熟，可實現量產；（2）結構光光源主動提供了特征點或者直接的碼字，不需要根據場景的變化而有變化，降低了匹配的難度；（3）近距離測量精確度高。
缺點：（2）在室外容易被強自然光淹沒，室外效果不佳；（2）受物體上投射到的圖像或光點大小影響，隨距離增大測量精確度降低；（3）容易受光滑平面的反光影響。
Light Coding(激光散斑光源):
激光散斑是由無規散射體被相干光照射產生的。這些散斑具有高度的隨機性，而且會隨著距離的不同而變換圖案。也就是說空間中任意兩處的散斑圖案都是不同的。只要在空間中打上這樣的光，整個空間都被做了標記，把一個物體放進這個空間，只要看看物體上面的散斑圖案，就可以知道這個物體在什么位置了。當然在這之前要把整個空間的散斑圖案都記錄下來，所以要先做一次光源標定。光源標定技術在整個空間中每隔一段距離選取一個參考平面，把參考平面上的散斑圖案保存下來。
常用的數字統計散斑的方法，是將一定數目的隨機分布的高斯光斑進行疊加，假設圖像的背景光強均勻，s表示散斑的數目，a表示散斑的尺寸大小，表示圖像背景光強（通常為1），（，）表示第k個散斑顆粒的中心位置。
則圖像灰度函數可表示為：
優點：相比一般結構光（1）近距離范圍內精度更高；（2）不是通過空間幾何關系求解的，它的測量精度只和標定時取的參考面的密度有關，不用提高精度而將基線拉寬。
缺點：同一般結構光的缺點一樣
?
TOF（飛行時間測距法）:
發射模塊和接收模塊是TOF相機的核心部分，其工作原理是通過紅外發射器發射給目標連續發射調制過的光脈沖，遇到物體反射后，用接收器接收反射回來的光脈沖，通過探測光脈沖的飛行（往返）時間來得到目標物距離。這種技術跟3D激光傳感器原理基本類似，只不過3D激光傳感器是逐點掃描，而TOF相機則是同時得到整幅圖像的深度信息。
優點：（1）計算量小；（2）不受物體表面灰度和特征影響；（3）計算精度不隨距離改變而變化，穩定在cm級。
缺點：（1）成本偏高；（2）在高分辨率或是高幀率的情況下近距離物體會失真，所以只能適用于較近距離測量；（3）有物體遮擋的墻面彎曲，由于多路徑信號返回導致地板失真。
總結
- 上一篇： 麻将听牌，胡牌算法
- 下一篇： Ubuntu安装百度云盘