17、3D 成像技术全解析

3D 成像技术全解析

在当今科技飞速发展的时代，3D 成像技术在众多领域都有着广泛的应用，如医学、工业检测、虚拟现实等。本文将深入探讨几种常见的 3D 成像技术，包括飞行时间法、干涉测量法、明暗恢复形状法以及断层扫描法，详细介绍它们的原理、特点和应用。

1. 飞行时间法测量深度

飞行时间（Time-of-Flight，TOF）技术通过测量信号在一定距离内传播所产生的延迟来获取深度信息。当信号从相机位置发出，它需要经过相机与反射信号的物体之间距离的两倍。延迟 $\tau$ 可由以下公式给出：
$\tau = \frac{2z}{c}$
其中，$c$ 是信号的传播速度，$z$ 是相机与物体之间的距离。从该公式可以明显看出，深度测量的统计误差与物体的距离无关，仅取决于延迟测量的精度：
$z = \frac{c\tau}{2}$
$\sigma_z = \frac{c}{2}\sigma_{\tau}$
这是飞行时间法相对于三角测量法的一个显著优势。

1.1 脉冲调制

提到飞行时间技术，人们首先会想到脉冲调制，即通过发送和接收短脉冲之间的延迟来测量飞行时间。可测量的最大距离取决于向物体发送脉冲的频率。对于电磁波，延迟测量非常具有挑战性，因为光速 $c$ 为 $3 \times 10^8$ m/s，每米的延迟仅为 6.7 ns。

1.2 连续波调制（CW 调制）

连续波调制是另一种强大的技术。在这种技术中，信号被周期性调制，延迟通过测量输出信号和输入信号之间的相移来确定：
$z = \frac{c}{2\omega}\varphi$
$\sigma_z