深度摄像头技术介绍

YGCMW • 2025-02-05 13:05 • 编程

一、深度摄像头概述

深度摄像头是一种高级摄像头，可以产生更丰富的三维信息。相比传统的RGB摄像头，深度摄像头可以在同样的环境下获得更丰富的信息。

深度摄像头可以通过红外线、光学和计算机视觉等方式，获取目标物体的逐像素深度图像以及彩色图像，因此可以识别目标物体的尺寸、形状、位置等基本信息。

二、深度摄像头的实现技术

深度摄像头的实现技术主要分为两种，一种是基于结构光原理的深度摄像头，一种是采用通过飞行时间（time-of-flight，TOF）来确定物体深度的摄像头。

1. 基于结构光原理的深度摄像头

基于结构光原理的深度摄像头采用人眼不能看见的红外线或激光发射器发出光栅模式的纹理（结构光），然后通过摄像头拍摄物体在这个结构光下的形态，再通过计算机算法来反推物体的深度分布。

struct DepthCamera_Grabber : public vtkAbstractPolyDataReader
{
  vtkTypeMacro(DepthCamera_Grabber, vtkAbstractPolyDataReader);
  static DepthCamera_Grabber* New();

  virtual const char* GetDataSetName(); 
  virtual void Execute(); 

  void SetClientMode() {this->Mode = CLIENT;}
  void SetServerMode() {this->Mode = SERVER;}
  void SetPort(int port) {this->Port = port;}
  void SetHostName(const char* host);
 
protected:
  DepthCamera_Grabber();
  ~DepthCamera_Grabber();

  int Mode;
  int Port;
  char* HostName;
};

2. 基于TOF原理的深度摄像头

基于TOF原理的深度摄像头通过发射器向物体发射无线电波，然后通过摄像头接收反弹回来的波，计算发射波与接收波之间的时间差，从而推测目标物体的深度。

cv::Ptr patterns;
    int nbr_frames, width, height;
    cv::Mat src, black, gray;
    lightsensor->getFrame(src, nbr_frames); //Acquires a new frame from the device 

    src.convertTo(src, CV_32F);
    cv::cvtColor(src, gray, cv::COLOR_BGR2GRAY);
    cv::cvtColor(gray, gray, cv::COLOR_GRAY2BGR);

    black.cols = src.cols / 3;
    black.rows = src.rows / 3;

    gray.copyTo(patterns->getImages()[0]);
    cv::resize(black, black, gray.size());
    black.copyTo(patterns->getImages()[1]);

    height = gray.rows;
    width = gray.cols;

    cv::Ptr graycode = cv::structured_light::GrayCodePattern::create(width, height);
    int ncodedimages = cv::structured_light::GrayCodePattern::GRAYCODE;
    cv::Mat codebook = cv::structured_light::GrayCodePattern::get(stripe_width);

    graycode->setStripeWidth(stripe_width);

    patterns->setWhiteThreshold(threshold);

    cv::Mat sl_pattern;
    static bool oneTime = true;
    if (oneTime) 
    {
        graycode->generate();
        patterns = cv::structured_light::SinusoidalPattern::create(ncodedimages);
        patterns->setPulsetime(slPulsetime);
        patterns->setImagePath(pathPatternsDirectory);
        patterns->setStripeWidth(stripe_width);          
        patterns->setShadowMaskEnabled(true);
        patterns->setShadowMaskThreshold(threshold);
        patterns->generate();
        oneTime = false;
    } 
    else 
    {
        patterns->getImages()[0].convertTo(patterns->getImages()[0], cv::DataType::type);
        patterns->getImages()[1].convertTo(patterns->getImages()[1], cv::DataType::type);

        sl_pattern = graycode->getProjPixel(1, 1);
        patterns->decode(sl_pattern, true);
    }

三、深度摄像头在工业应用中的应用

深度摄像头在工业应用中发挥着重要的作用。

1. 三维扫描仪

利用深度摄像头可以快速实现对物体表面的三维扫描，通过扫描仪可以得到物体的尺寸和形状等信息。这种信息可以用于制造模型、零件检测和质量控制等方面。

2. 智能安检系统

智能安检系统可以利用深度摄像头技术实现对行李和人体的三维扫描，以此实现对非法物品的检测和人员安全检查。

3. 车辆辅助驾驶

利用深度摄像头可以实现对车辆周围环境的三维监测，辅助驾驶员避免碰撞和减少事故发生。

4. 无人机影像获取

深度摄像头可以实现无人机降落时的精确定位和高精度地图的生成，对于农村地区、山区等无人区域的巡查具有很大的帮助。

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