3D 視覺是如何建構的? 讓我們來聊聊3D感測技術! - The Tech Explorer

3D感測技術簡介

3D感測技術目前主要可分為立體視覺(Stereo Vision)、結構光(Structured Light)、飛時測距(Time of Flight;簡稱:TOF)

立體視覺(Stereo Vision)

立體視覺(Stereo Vision)是基於人眼視差的原理,在自然光源下(被動式光源),透過兩個或兩個以上相機模組從不同的角度對同一物體拍攝影像,再進行三角測量法等運算來取得與物體之間的距離資訊。

優點:

  1. 省電
  2. 明亮環境表現佳,適合在戶外長期運作
  3. 低成本

缺點:

  1. 軟體演算法複雜
  2. 延遲性高
  3. 不適合在昏暗環境使用

應用:

立體視覺目前已應用在各種3D相機、AR/VR頭戴式裝置、機器人等領域,通常與結構光、TOF混合使用,如智慧車應用領域。

結構光(Structured Light)

結構光(Structured Light)是一種主動式深度感測技術,基本零組件包含IR發射器、IR相機模組、RGB相機模組等

其原理是遊紅外線投影機先對物體發射特定圖案的光斑(Pattern),再經由攝影機來接收物體表面上的光斑圖案編碼(Light Coding),進而比對與原始投射光斑的異同,並利用三角原理計算出物體的三維座標。

優點:

  1. 深度準確高

缺點:

  1. 易受自然光照影響
  2. 較適合短距離測量

應用:

目前已應用於人臉辨識、體感遊戲機、工業用機器視覺檢測(AOI)等領域

飛行時間測距(Time of Flight;簡稱:TOF)

TOF也是一種主動式深度感測技術,其原理為透過紅外線折返的時間去計算跟物體之間的距離,以得出3D景深圖。基本零組件包括IR發射器、IR接收器、RGB相機模組和感光元件或感應陣列。主要分為iTOF & dTOF兩種類別

iTOF(indirect-ToF)

iToF 是利用發射特定頻率的光,檢測反射光和發射器之間的位置差距(算相位差),測量飛行時間

優點:

  1. 較低成本
  2. 較高解析度優勢

缺點:

  1. 適用於短距離測距 (環境光源會對電路產生干擾)

應用:

主要應用在手機臉部辨識、手勢辨識等測距距離較短的場景中

dTOF (direct-ToF)

dToF 是透過直接向測量物體發射雷射脈衝,並測量反射脈衝和發射器之間的時間間隔,得到光的飛行時間而直接計算待測物體的距離。
常見的 dToF 感測器接收端是使用單光子崩潰二極體 (SPAD),或累崩式光電二極體 (APD)

優點:

  1. 多個物件的感測上精準度較高
  2. 更適用於較遠距的場景

缺點:

  1. dToF 相較於 iToF 來說製作困難度要高上不少(需要較多sensor)
  2. 成本較高

應用:

應用在VR/AR和自駕車場景

三大感測比較