8、3D 机器人视觉：从原理到传感器应用

3D 机器人视觉：从原理到传感器应用

1. 视觉感知与立体视觉原理

人类通过多种感官感知环境，而视觉是其中最重要的方式之一。从进化的角度来看，眼睛的进化堪称进化过程中的杰作。眼睛的进化经历了多个阶段，最初出现的是色素斑，如今在帽贝（一种海洋软体动物）身上仍能找到，它仅由几个色素细胞组成，这些细胞是由典型的上皮（皮肤）细胞稍加改造而成。随后，裂壳软体动物拥有了稍显高级的器官，由一些呈杯状的色素细胞构成。而章鱼的眼睛则相当复杂，其组成部分与人类眼睛类似，包括角膜、虹膜、屈光晶状体和视网膜。

立体视觉的进化是视觉发展的一个重大进步。立体视觉是指从不同参考系同时获取的视图中计算深度信息的能力。许多两栖动物、鸟类、哺乳动物（包括灵长类和人类）都具备这种机制。以图 2 为例，有两个观察者 A 和 B，在两者中，苹果都成像于中央凹（眼睛视觉最清晰的部分），而橙子在两只眼睛中都位于中央凹左侧，左眼的角度为 α，右眼为 β。在这两种情况下，视网膜视差是相同的：苹果的绝对视差为 0，橙子的绝对视差为 α - β，这也是两个物体之间的相对视差。然而，眼睛的不同位置（A 中眼睛的汇聚程度较小，B 中眼睛的汇聚程度较大）意味着在这两种情况下物体在空间中的位置有很大差异。在这两种情况下，都可以从相对视差推断出橙子更近，但要推断出任一物体的绝对距离，则需要知道汇聚角（V1，V2）。人类视觉也遵循同样的原理，成年人两眼参考系之间的距离（称为瞳孔距离）在 54 至 74 毫米之间，儿童在 43 至 58 毫米之间。

在机器人领域，许多好的想法都借鉴自自然界，立体视觉相机就明显类似于立体视觉机制。接下来，我们将探讨如何使用不同类型的传感器在 3D 机器人视觉中测量深度。

2. 3D 视觉传感器