29、3D 传感器与数据融合技术解析

3D 传感器与数据融合技术解析

一、3D 传感器原理

1.1 飞行时间（TOF）传感器

飞行时间（TOF）传感器基于与雷达相同的原理。任何 TOF 传感器都包含一个发射光信号的发射器和一个接收从目标物体表面反射回来信号的接收器。通过确定发射和接收光信号的时间来测量距离，并且需要一个扫描机制来捕捉整个场景。

根据测量时间的方式，TOF 传感器主要分为两种基本类型：
- 脉冲调制技术 ：发射脉冲光信号并直接测量时间，然后根据公式计算从光源到目标的距离，其中涉及信号传输速度。
- 连续波调制 ：对光信号进行幅度调制，测量发射信号和接收信号之间的相位差，并将其与距离相关联。也可以使用频率调制代替幅度调制。

TOF 传感器需要精密的仪器，因此往往价格昂贵，属于商业产品中的高端类别。

1.2 主动三角测量传感器

三角测量是测量到远程目标距离最古老且最常用的方法。主动三角测量传感器的典型设置包括相机和光投影仪。根据光投影的类型，可分为以下几类：
- 光束 ：将单个光束投射到场景中，在相机图像中观察被照亮的物体点。该点必须同时位于光束上以及由其在图像中的位置和相机投影中心所定义的直线上，这两条线的交点即为该点的 3D 位置。为了捕捉整个场景，需要扫描机制生成大量光束。
- 光平面 ：类似于主动立体视觉，光束方法可轻松扩展到光平面投影以提高数据采集速度。将光平面投射到场景中产生高亮条纹，通过光平面与由相机投影中心和该点图像位置所定义的直线相交