物联网22.物联网开发之先进传感 - 立体相机

Posted 2021-11-23 CodeAllen的博客

很久以前就有人在研究如何用相机来测量距所拍摄物体的距离，立体相机便是其中历史最为悠久的一门技术。立体相机有使用胶卷的，也有连在计算机上使用的。这两种立体相机都有两个镜头（如图所示）。这两个镜头就跟人类的眼睛一样，利用双眼视差（左右眼看到的角度不同）来捕捉距离。

正如我们所知，人类对空间进行立体上的认知时，利用的是双眼视差原理（两眼捕捉到的图像有所偏差）。普通的立体相机利用的原理也跟它很相似。在此，我们来一边了解这个原理，一边思考立体相机的机制。

如下图，大家用双眼看物体时，左眼和右眼捕捉到的影像存在着微小的差异。这是因为左眼和右眼之间隔着几厘米的距离。凭借这段距离，人类就能获取捕捉物体立体影像时需要的信息。于是，从这两个有着微妙差距的位置中捕捉到的影像就在我们的大脑中得以合成，并作为立体影像被处理。

那么人类具体是如何感觉到纵深的呢？捕捉近处和远处的物体时，我们的眼睛里又发生了什么呢 ？

看近处的物体和看远处的物体时，两眼视线形成的角度（辐辏角）相差很大。离得远，角度就小；离得近，角度就大。大脑负责把眼睛的转动信息与影像进行合成，这样我们才能感觉到远近。

与此相对，立体相机中两个镜头的角度通常是固定的。根据左右镜头拍摄的图像的差距，就可以测算出所拍摄图像中的距离。首先，把用一个镜头拍摄下来的图像细分成一幅幅小图像。接下来利用图像处理的手法，调查一下分割好的图像相当于另一个镜头所拍摄图像的哪个部分。这样一来，就能知道图像某一部分会是另一个镜头中的哪一部分。虽然拍摄是在同一个地方，但镜头位置不同，所以会产生微小的偏差。对这个偏差进行几何学计算，就能算出图像中的距离。另外，对分割的图像分别地反复进行同样的操作，还能计算相机图像上任意一点的距离，从而制作出整体图像的距离分布模型。 

立体相机是利用两个镜头来计算距离的。基本上，只要两个镜头里都有这个地方，就能对其进行测量。不过，如果两幅图像间重复的地方太多，或是有透明玻璃等无法拍摄出来的地方，就无法测量相机到这些地方的距离。另外，如果想提升测量的精确度，则需要基于两个镜头的距离关系，以及相机本身的规格来决定参数。

此外，也许是因为技术方面的成熟，近年很多汽车上配备的辅助功能（如快追尾时自动减速等）也应用了用立体相机测量距离这一测距方法。