深度攝像頭技術介紹

一、深度攝像頭概述

深度攝像頭是一種高級攝像頭，可以產生更豐富的三維信息。相比傳統的RGB攝像頭，深度攝像頭可以在同樣的環境下獲得更豐富的信息。

深度攝像頭可以通過紅外線、光學和計算機視覺等方式，獲取目標物體的逐像素深度圖像以及彩色圖像，因此可以識別目標物體的尺寸、形狀、位置等基本信息。

二、深度攝像頭的實現技術

深度攝像頭的實現技術主要分為兩種，一種是基於結構光原理的深度攝像頭，一種是採用通過飛行時間（time-of-flight，TOF）來確定物體深度的攝像頭。

1. 基於結構光原理的深度攝像頭

基於結構光原理的深度攝像頭採用人眼不能看見的紅外線或激光發射器發出光柵模式的紋理（結構光），然後通過攝像頭拍攝物體在這個結構光下的形態，再通過計算機算法來反推物體的深度分布。

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. 基於TOF原理的深度攝像頭

基於TOF原理的深度攝像頭通過發射器向物體發射無線電波，然後通過攝像頭接收反彈回來的波，計算髮射波與接收波之間的時間差，從而推測目標物體的深度。

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、深度攝像頭在工業應用中的應用

深度攝像頭在工業應用中發揮着重要的作用。

1. 三維掃描儀

利用深度攝像頭可以快速實現對物體表面的三維掃描，通過掃描儀可以得到物體的尺寸和形狀等信息。這種信息可以用於製造模型、零件檢測和質量控制等方面。

2. 智能安檢系統

智能安檢系統可以利用深度攝像頭技術實現對行李和人體的三維掃描，以此實現對非法物品的檢測和人員安全檢查。

3. 車輛輔助駕駛

利用深度攝像頭可以實現對車輛周圍環境的三維監測，輔助駕駛員避免碰撞和減少事故發生。

4. 無人機影像獲取

深度攝像頭可以實現無人機降落時的精確定位和高精度地圖的生成，對於農村地區、山區等無人區域的巡查具有很大的幫助。