一、3D視覺(jué)的核心目標(biāo)

通過(guò)技術(shù)手段獲取物體在三維空間中的形狀、位置、深度等信息，形成立體感知。

二、主要技術(shù)分類及工作原理

1. 主動(dòng)式3D視覺(jué)

通過(guò)主動(dòng)發(fā)射光或信號(hào)探測(cè)物體，計(jì)算深度信息。
常見(jiàn)技術(shù)：

• 結(jié)構(gòu)光（Structured Light）

• 原理：投射特定圖案（如條紋、網(wǎng)格）到物體表面，因物體形狀導(dǎo)致圖案變形，通過(guò)攝像頭捕捉變形圖案并計(jì)算深度。

• 設(shè)備：Intel RealSense、蘋果Face ID。

• 飛行時(shí)間法（ToF, Time of Flight）

• 原理：發(fā)射紅外光脈沖，測(cè)量光從發(fā)射到反射回傳感器的時(shí)間，通過(guò)光速計(jì)算距離。

• 應(yīng)用：無(wú)人機(jī)避障、手機(jī)AR測(cè)距。

• 激光雷達(dá)（LiDAR）

• 原理：發(fā)射激光束掃描環(huán)境，通過(guò)反射信號(hào)生成高精度3D點(diǎn)云。

• 應(yīng)用：自動(dòng)駕駛、地形測(cè)繪。

2. 被動(dòng)式3D視覺(jué)

依賴環(huán)境光或自然光，通過(guò)多視角圖像計(jì)算深度。
常見(jiàn)技術(shù)：

• 立體視覺(jué)（Stereo Vision）

• 原理：模仿人眼雙目視差，用兩個(gè)攝像頭從不同角度拍攝，通過(guò)匹配對(duì)應(yīng)點(diǎn)計(jì)算深度（三角測(cè)量法）。

• 關(guān)鍵算法：特征點(diǎn)匹配（如SIFT、ORB）、視差圖生成。

• 應(yīng)用：機(jī)器人導(dǎo)航、3D掃描。

• 多視圖立體（Multi-View Stereo, MVS）

• 原理：通過(guò)多個(gè)視角（>2）的圖像重建3D模型，提高精度。

• 應(yīng)用：攝影測(cè)量、文物數(shù)字化。

• 運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)（SFM, Structure from Motion）

• 原理：從單目攝像頭運(yùn)動(dòng)的連續(xù)幀中提取特征點(diǎn)，恢復(fù)場(chǎng)景3D結(jié)構(gòu)。

• 應(yīng)用：無(wú)人機(jī)地圖重建（如Google Earth）。

3. 其他技術(shù)

• 光度立體法（Photometric Stereo）

• 原理：固定相機(jī)位置，通過(guò)不同方向的光源照射物體，根據(jù)明暗變化恢復(fù)表面法線。

• 適用場(chǎng)景：工業(yè)表面缺陷檢測(cè)。

• 深度學(xué)習(xí)輔助3D重建

• 原理：使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN、Transformer）從單張或多張圖像預(yù)測(cè)深度圖（如MiDaS模型）。

• 優(yōu)勢(shì)：無(wú)需復(fù)雜設(shè)備，但依賴大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練。

三、關(guān)鍵流程

1. 數(shù)據(jù)采集：通過(guò)傳感器（攝像頭、激光雷達(dá)等）獲取原始數(shù)據(jù)（圖像、點(diǎn)云）。

2. 特征提取與匹配：識(shí)別圖像中的關(guān)鍵點(diǎn)或邊緣（如SIFT、ORB）。

3. 深度計(jì)算：

• 主動(dòng)式：通過(guò)光信號(hào)時(shí)間/變形計(jì)算。

• 被動(dòng)式：通過(guò)視差或運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算。

4. 點(diǎn)云生成與融合：將深度信息轉(zhuǎn)換為3D點(diǎn)云，并融合多幀數(shù)據(jù)。

5. 后處理：去噪、網(wǎng)格化（如泊松重建）、紋理映射。

四、應(yīng)用場(chǎng)景

• 工業(yè)：零件尺寸檢測(cè)、機(jī)器人抓?。˙in Picking）。

• 消費(fèi)電子：人臉解鎖（iPhone）、AR/VR。

• 自動(dòng)駕駛：環(huán)境感知、障礙物識(shí)別。

• 醫(yī)療：手術(shù)導(dǎo)航、器官3D建模。

• 測(cè)繪：地形重建、建筑BIM。

五、技術(shù)挑戰(zhàn)

• 精度與實(shí)時(shí)性：被動(dòng)式方法在弱光或低紋理場(chǎng)景下效果差。

• 計(jì)算復(fù)雜度：高分辨率點(diǎn)云需要強(qiáng)大算力（如GPU加速）。

• 成本：激光雷達(dá)等主動(dòng)式設(shè)備價(jià)格高昂。