一、3D相機設備簡介       

3D相機是一種可以捕捉空間環(huán)境的攝像頭裝置。它采用一種數(shù)字技術(shù)，稱為立體攝影術(shù)，可以捕捉照片中位置和尺度信息。3D相機不僅可以捕捉畫面，還可以讓用戶建立虛擬環(huán)境或是做3D掃描。3D相機可以用于建筑和工程設計，安防和動畫，以及其他虛擬現(xiàn)實應用。       

3D相機在工業(yè)領(lǐng)域有很多應用。3D相機可以用來進行自動、遠程和無需接觸的檢測，幫助企業(yè)避免錯誤、節(jié)約開支、提高效率。它可用于質(zhì)量檢查、產(chǎn)品檢測、重量測定、機械識別等。此外，它還可以用于對特定對象的視覺定位和跟蹤、機械仿真和機器人計算機視覺應用、工業(yè)場景的深入建模、物體的精準定位與測量等。

二、3D相機分類       

根據(jù)原理分類：根據(jù)相機中所采用的3D成像原理，可以將3D相機分為結(jié)構(gòu)光相機、時間飛行相機、立體視覺相機和雙目立體相機等。 

1）結(jié)構(gòu)光3D相機       

采用投射光條的方式，通過對被拍攝物體上的紋理進行匹配，來獲取物體表面的深度信息。其核心技術(shù)是結(jié)構(gòu)光投影和紋理匹配，常用于測量物體表面輪廓、三維形狀和體積等信息。2）TOF（Time-of-flight）3D相機

2）TOF（Time-of-flight）3D相機       

采用發(fā)送和接收光脈沖的方式，通過測量脈沖的往返時間來確定物體與相機的距離。其核心技術(shù)是時間測量和光信號處理，常用于物體長度、寬度和高度的測量。

3）雙目或多目立體視覺3D相機       

由兩個或多個攝像頭組成，通過計算攝像頭之間的視差，來確定物體的深度信息。其核心技術(shù)是圖像處理和計算機視覺，常用于機器人導航、人臉識別和障礙物檢測等應用。

4）全景3D相機       

將多個3D相機組合在一起，可以同時獲取物體的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。其核心技術(shù)是相機控制和數(shù)據(jù)處理，常用于數(shù)字孿生技術(shù)、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等應用。       

除了上述“根據(jù)原理分類”的方法，還可以根據(jù)工作原理分類：根據(jù)3D相機的圖像采集方式和處理方式來分類，可以將3D相機分為光學3D相機、掃描3D相機和激光3D相機等；根據(jù)輸出格式分類：根據(jù)3D相機所輸出的格式不同，可以將3D相機分為點云型3D相機、矢量型3D相機和三角面型3D相機等。

三、3D相機在生產(chǎn)制造領(lǐng)域的應用

1）3D點云應用（空間測量應用）       

該技術(shù)原理主要是利用3D相機獲取物體的深度信息并轉(zhuǎn)換成三維坐標系的點云數(shù)據(jù)，通過點云數(shù)據(jù)的處理和分析實現(xiàn)物體的空間測量。通過三維相機的掃描和分析，產(chǎn)品的質(zhì)量可以快速、準確地檢測出來，從而避免了人工檢測的誤差和浪費。例如，3D相機可以精確測量工件的三維幾何尺寸和形態(tài)，以便進行機械加工和裝配。

       2）表面測量應用       

該技術(shù)原理主要是利用3D相機獲取物體的表面幾何信息，包括表面的形狀、大小、輪廓等，實現(xiàn)物體表面的精確測量，從而得到其幾何形狀、表面曲率、大小等詳細信息。例如，可以快速、準確地檢測工件表面的缺陷、損傷和瑕疵等質(zhì)量問題，以便及時采取措施進行修復或調(diào)整。

3）立體視覺應用       

3D相機可以利用雙目視覺原理或者結(jié)構(gòu)光原理等技術(shù)，實現(xiàn)立體視覺，通過對物體的深度信息進行捕捉、識別和處理，用于機器視覺、物體定位、抓取和識別等方面。例如，在電子制造領(lǐng)域，3D相機可以捕捉和識別物體的形狀和位置信息，實現(xiàn)自動化的零件定位和裝配。

4）3D掃描和建模       

3D相機可以掃描物體表面并生成三維模型，用于數(shù)字化設計和工程分析。例如，在航空航天領(lǐng)域，使用3D相機可以快速掃描飛機部件并生成數(shù)字化模型，從而進行工程分析和優(yōu)化。

5）機器人導航       

通過3D相機的雙目立體視覺，計算機器人與障礙物之間的距離和視角等信息，實現(xiàn)機器人的自主導航。

在技術(shù)原理上，基于3D相機的空間測量應用主要是通過獲取物體的深度信息，計算物體在三維空間中的精確位置和尺寸。而立體視覺應用則是通過利用兩個或多個相機采集到的圖像，來判斷物體在三維空間中的位置和距離。兩者都需要進行圖像處理和計算，來獲取物體的空間信息。但是，基于3D相機的空間測量應用更注重測量精度和精確度，而立體視覺應用更注重形態(tài)重建和表征。另外，立體視覺應用中還需要進行圖像匹配和立體匹配算法，以獲取更準確的三維空間信息。

四、3D相機的選型       

工業(yè)制造領(lǐng)域，在不同的應用場景選擇哪種3D相機應該根據(jù)應用場景和精度要求而定，平衡精度和成本。       

激光掃描儀的優(yōu)勢在于精度高，可以達到亞毫米級別，適用于高精度的應用場景，如汽車模具、航空模型等。劣勢在于掃描速度較慢，不太適合大規(guī)模的生產(chǎn)線應用。造價一般較高，數(shù)千美元到數(shù)十萬美元不等，視精度和應用場景而定。         

結(jié)構(gòu)光掃描儀的優(yōu)勢在于掃描速度快，可以達到幾十秒到幾分鐘內(nèi)完成掃描，適用于大規(guī)模生產(chǎn)線的應用場景。劣勢在于精度相對激光掃描儀較低，一般達到毫米級別。造價相對較低，數(shù)百到數(shù)千美元不等，視精度和應用場景而定。

出自《智能制造趨勢》公眾號