在当今的科技世界，3D机器视觉技术已经渗透到各个领域，为人们的生活和工作带来了诸多便利。其中，3D TOF (Time of Flight) 相机作为一种获取深度信息的重要工具，已经引起了广泛的关注和应用。本文将简单阐述3D TOF相机的原理、组成、优点以及应用领域。

3D TOF相机原理

3D TOF相机是一种利用飞行时间(Time of Flight)技术进行3D成像的设备。‌这项技术通过测量光线从相机发射到物体再反射回来的时间，‌来计算物体与相机之间的距离，‌从而生成3D图像。

3D TOF相机的工作原理

这种技术跟3D激光传感器的原理基本类似，只不过3D激光传感器是逐点扫描，而3D TOF相机则是同时得到整幅图像的深度（距离）信息。

3D TOF相机组成

3D TOF相机采用主动光探测，通常包括以下几个部分：

1、照射单元

照射单元需要对光源进行脉冲调制之后再进行发射，调制的光脉冲频率可以高达100MHz。因此，在图像拍摄过程中，光源会打开和关闭几千次，各个光脉冲只有几纳秒的时长。如此高的调制频率和精度只有采用精良的LED或激光二极管才能实现。

一般照射光源都是采用人眼不可见的红外光源。

2、光学透镜

用于汇聚反射光线，在光学传感器上成像。

与普通光学镜头不同的是这里需要加一个带通滤光片来保证只有与照明光源波长相同的光才能通过，以抑制其他光线并降低噪声。

3、成像传感器

3D TOF的相机的核心。用于接收反射回来的光线，负责测量每个像素点光线从发光元件到目标物体再反射回传感器的时间。

4、控制单元

相机的控制单元触发的光脉冲序列与芯片电子快门的开/闭精确同步。它对传感器电荷执行读出和转换，并将它们引导至分析单元和数据接口。

5、计算单元

计算单元可以记录精确的深度图。深度图通常是灰度图，其中的每个值代表光反射表面和相机之间的距离。

3D TOF相机优点

3D TOF相机具有以下优势：

❖ 相对于二维图像，可通过距离信息获取物体之间更加丰富的位置关系，即区分前景与后景；

❖ 深度信息可以完成对目标图像的分割、标记、识别、跟踪等传统应用；

❖ 经过进一步深化处理，可以完成三维建模等应用；

❖ 能够快速完成对目标的识别与追踪；

❖ 主要配件成本相对低廉，包括CCD和普通 LED等，对今后的普及化生产及使用有利；

❖ 借助 CMOS 的特性，可获取大量数据及信息，对复杂物体的姿态判断极为有效；

❖ 无需扫描设备辅助工作。

3D TOF相机应用领域

3D TOF技术具有丰富的应用场景，在物流、安防监控、医疗、生物、机器视觉、互动娱乐和机器人等诸多领域都有应用。

❖ 物流行业：通过3D TOF相机迅速获得包裹的抛重（即体积），来优化装箱和进行运费评估。

❖ 安防和监控：利用景深进行人数统计，俗称“数人头”，确定进入某区域的人数。

例如：通过对人流或复杂交通系统的人数统计，实现对安防系统的统计分析设计，以及敏感地区的检测对象监视。

❖ 机器视觉：工业定位、工业引导和体积预估，替代工位上占用大量空间的、基于红外光进行安全生产控制的设备。

❖ 机器人：使用深度视觉进行导航、识别外界的环境、规划路径、实现避障工作等。

❖ 医疗和生物：足部矫形建模、病人活动与状态监控、手术辅助。

❖ 互动娱乐：动作姿势探测、表情识别、娱乐广告。

例如：在制作影视特时，3D TOF相机可以将深度信息附加在视频图像中，精确确定场景中每个像素的空间位置。通过简单的后期处理，就能将特效道具插入影片的任何位置。

转自：图灵智能制造

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