機(jī)器人視覺攝像頭的技術(shù)類型

　　2D成像技術(shù)

　　對(duì)于具有機(jī)器視覺，但不需要深度或距離信息的機(jī)器人，普通2D數(shù)碼攝像頭是比較通用的選擇。數(shù)碼攝像頭盡管看起來像膠片相機(jī)，實(shí)際上它基于完全不同的科學(xué)原理。它與電視也不同，電視投射出數(shù)百萬個(gè)微小的彩色光點(diǎn)或像素以合成圖像，而數(shù)碼攝像頭則捕獲從物體反射回來的光粒子（光子），并將其轉(zhuǎn)換成可作為數(shù)字存儲(chǔ)起來的電信號(hào)，或叫像素。一張數(shù)碼照片實(shí)際上是一長串描述每個(gè)像素的數(shù)字。在屏幕上，這一長串?dāng)?shù)字又被轉(zhuǎn)換為像素并合成圖像。

　　2D數(shù)碼攝像頭有兩種類型，即電荷耦合器件（CCD），以及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）。相比CMOS攝像頭，CCD攝像頭分辨率更高且噪聲更低，但價(jià)格更高且能效較低。本文將提供選擇2D攝像頭的絕佳指南。另外，2D攝像頭也在不斷創(chuàng)新中，不斷增加新的功能。例如，Pinnacle的高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）成像技術(shù)能夠幫助2D攝像頭捕獲更佳的視頻和圖像。

　　圖1：上面的照片顯示了兩個(gè)具有不同動(dòng)態(tài)范圍的圖像。右側(cè)具有高動(dòng)態(tài)范圍性能的照片效果更佳。（圖片來源：PinnacleImagingSystems）

　　優(yōu)點(diǎn)：2D攝像頭可有效地識(shí)別物體。它可以清晰地定義目標(biāo)的邊緣，并以高分辨率收集目標(biāo)的許多細(xì)節(jié)。

　　缺點(diǎn)：2D攝像頭對(duì)環(huán)境中的光照條件比較敏感。它會(huì)將鏡像圖像識(shí)別為第二個(gè)物體，而不是圖像。最后，2D相機(jī)的圖像捕獲過程較慢，需要攝像頭和物體相對(duì)靜止。

　　對(duì)于需要獲取3D信息的場景，使用超聲、紅外或3D感測(cè)技術(shù)的攝像頭會(huì)更適合。

　　3D感應(yīng)技術(shù)

　　3D感應(yīng)是一種強(qiáng)大的機(jī)器人導(dǎo)航工具，它提供的信息包括體積、形狀、位置、方向以及與物體的距離。3D數(shù)據(jù)可以通過不同的測(cè)量過程產(chǎn)生，如立體視覺、結(jié)構(gòu)光和激光三角測(cè)量。立體視覺采用三角測(cè)量原理，使用來自一個(gè)位置的多個(gè)2D攝像頭的圖像，或來自不同位置的單個(gè)攝像頭的圖像，來計(jì)算深度。

　　結(jié)構(gòu)光非常適合測(cè)量物體的3D形狀，它使用投影光模式和2D攝像頭系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。通過分析所觀察到的條紋圖案，可以收集有關(guān)物體深度的大量信息。

　　激光三角測(cè)量則使用2D攝像頭和激光。激光投射到目標(biāo)區(qū)域上，然后2D攝像頭捕獲反射的激光束。根據(jù)多張照片上的激光束彎曲程度就可以計(jì)算出物體的輪廓。但是，這種方法速度相對(duì)較慢，并且只能用于靜止圖像，這意味著必須中斷某個(gè)進(jìn)程才能進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。

　　優(yōu)點(diǎn)：3D感測(cè)技術(shù)在近距離測(cè)量物體時(shí)具有很高的精確度，比超聲和紅外分辨率要高，并且在環(huán)境混亂時(shí)更加可靠。特別是在難以操控的表面或在環(huán)境光較暗的情況下，激光三角測(cè)量也可以工作，即使是低對(duì)比度的物體，它也可以提供精確的數(shù)據(jù)。

　　缺點(diǎn)：3D感測(cè)技術(shù)無法識(shí)別鏡面或玻璃，因?yàn)樗鼤?huì)將反射物識(shí)別為第二個(gè)物體。此外，它們對(duì)光線條件敏感，在環(huán)境過于單調(diào)且缺乏特性時(shí)表現(xiàn)不佳。此外，其感應(yīng)速度很慢，只能用于感測(cè)靜止圖像，這意味著必須中斷某個(gè)進(jìn)程才能進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。最后，3D感測(cè)攝像頭價(jià)格昂貴、體積龐大且較難校準(zhǔn)。

　　超聲波技術(shù)

　　超聲攝像頭也稱為聲納攝像頭，它通過測(cè)量聲波的發(fā)射和接收之間的時(shí)間差來測(cè)量攝像頭與物體之間的距離。超聲攝像頭還可以檢測(cè)到附近的其它超聲傳感器、或其它帶有超聲傳感器的機(jī)器人。

　　優(yōu)點(diǎn)：相比其它類型的傳感器，超聲攝像頭感測(cè)范圍更長、更寬。它們不受光照條件（太亮或太暗）或空氣顆粒（如灰塵、煙霧、薄霧、蒸氣和絨毛）的影響。而且，它們不受對(duì)象的顏色、透明度、反射特性或表面紋理的阻礙。因此，超聲攝像頭非常適合測(cè)量液體高度和距離，檢測(cè)物體時(shí)可避免在陸地或水下發(fā)生碰撞。

　　缺點(diǎn)：超聲攝像頭在定義目標(biāo)邊緣方面表現(xiàn)不佳。它在感測(cè)具有高密度和反射性表面的目標(biāo)時(shí)效果很好，但不適用于泡沫或布料等低密度物體。超聲攝像頭還會(huì)受高噪音、溫度、濕度和壓力的影響。最后，它要求盡可能小的感測(cè)距離，但又不能檢測(cè)距離太近的物體。

　　紅外技術(shù)

　　紅外傳感器通過檢測(cè)物體發(fā)出的紅外線（IR）來工作。它還可以通過向物體投射紅外光并接收反射光來計(jì)算目標(biāo)物體的距離或接近程度。

　　優(yōu)點(diǎn)：紅外傳感器可以檢測(cè)大范圍的紅外光，它可以實(shí)時(shí)運(yùn)行，極具成本效益。與超聲傳感器相比，它們?cè)诙x對(duì)象的邊緣方面表現(xiàn)優(yōu)良，并且易于識(shí)別不同的對(duì)象。例如，它們可以識(shí)別人和其它有熱量的物體，并與其反射圖像（例如鏡子）區(qū)分開來。此外，紅外攝像頭能夠在煙塵或霧氣等低可見度條件下進(jìn)行感測(cè)。像超聲攝像頭一樣，IR相機(jī)可以檢測(cè)水下材料，目前已經(jīng)在建筑絕緣或泄漏檢測(cè)中得到了應(yīng)用。

　　缺點(diǎn)：紅外傳感器對(duì)紅外光和陽光非常敏感，只能在弱光下使用。而且，紅外傳感器對(duì)不同材料的感測(cè)效果也不盡相同，因?yàn)椴煌牧蠈?duì)紅外光的傳遞和折射均不同。