深度相机种类_深度相机原理

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本文首发于微信公众号：计算机视觉life。
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本文的深度相机制造商涉及：Microsoft、Intel、Leap Motion、Orbbec、图漾、Occipital Structure、Stereolabs 、DUO。文末附深度相机详细对比清单。

Microsoft Kinect

微软推出了两款Kinect，Kinect一代（Kinect v1）是基于结构光原理的深度相机，Kinect二代（Kinect v2），是基于TOF原理的深度相机。如下所示：

Kinect v1,v2的性能参数对比如下：

这里主要介绍一下Kinect V2。Kinect V2具有较大的红外传感器尺寸，并且（相对于其他深度相机）具有较宽阔的视场角，生成的深度图质量比较高。此外，Kinect V2的SDK非常给力，SDK中提供了同时最多进行六个人的骨架追踪、基本的手势操作和脸部跟踪，支持 Cinder 和 Open Frameworks，并且具有内置的Unity 3D插件。但是，Kinect V2也有一些缺点，比如一台电脑只能连接一个Kinect v2设备，只能在Windows8及以上的操作系统上使用等。

Intel RealSense

Intel RealSense系列深度相机定位不同于Microsoft的 Kinect 系列，Kinect更注重较远距离的人体骨架跟踪，而RealSense 更注重近距离的脸部、手部跟踪，主要应用场景是笔记本电脑、Pad、虚拟现实设备。

Intel RealSense系列有很多选择，比如较早的RealSense F200、RealSense R200，较新的RealSense D400系列、RealSense ZR300、RealSense SR300等。下面以RealSense R200为例介绍一下。

RealSense R200是基于双目结构光技术的深度相机。R200特别之处就是有两个红外成像相机，如下图所示，分别被标记为左红外相机和右红外相机，它们具有相同的硬件设计和参数设定。工作原理是：红外投射器投射出红外散斑，左右两个红外相机采集两张红外图像，处理器根据两张红外图像中的散斑特征点匹配计算视差图，最终得到深度图。所以R200本质上是红外双目技术。

R200的深度测量范围：室内0.5m-3.5m，室外最远10m。实际室外使用范围受环境光照条件影响较大，这是因为红外发射器功率有限，太远的物体上投射的光斑太暗，容易被环境光淹没。

SDK兼容性很强，支持 C++, C#, JavaScript, Processing, Unity, 和Cinder等框架。需要说明的是， R200的SDK只支持人脸跟踪、不支持手势跟踪和骨架跟踪。

官网：https://software.intel.com/zh-cn/realsense/previous

Leap Motion Controller

Leap Motion Controller 是一款非常小的、专门用于手指跟踪的设备。主要用于虚拟现实头盔、笔记本电脑上。该设备可以以高达120FPS的帧率精细的追踪人的双手动作，比如轻扫、抓取、双指开合、出拳等，人机交互体验非常棒。

SDK支持对两只手关节的三维位置跟踪，最远有效距离为0.6m。支持WPF, Cinder, OpenFrameworks, JavaScript, Processing, Unity3D等框架。但是，Leap Motion Controller 不提供任何的IR, RGB, 或者点云数据。

官网：https://www.leapmotion.com/product/desktop#108

Orbbec Astra

Orbbec （奥比中光）是深圳的一家创业公司。已经量产了Orbbec Astra、Orbbec Astra Mini、Orbbec Persee等系列深度相机。

以第一代产品 Astra 和 Astra Pro为例，它们都是基于红外结构光的深度相机，深度图都是 VGA（640×480）分辨率 @30FPS。不同之处在于彩色相机的分辨率， Astra提供的是 VGA@30FPS，而 Astra Pro 是 720p@ 30 FPS。

Orbbec Astra 的SDK比较简单，支持基本的手势跟踪，可以用于手势识别的人机交互，但是不支持骨架提取。最远测量范围可达8m。因此，Orbecc Astra比较适合室内较远距离的应用场景。不过，该设备只支持基于C++的 OpenNI 框架。

官网：https://orbbec3d.com/

图漾

图漾科技是一家位于上海的创业公司。该公司有小型的易于集成的主动双目深度相机（不包含RGB），也有可独立使用的RGB+主动红外双目深度相机。其中RGB-D相机包含工业级和消费级多种型号，以一款消费级RGB-D深度相机FMB11-C为例进行介绍。

根据官网介绍，FMB11-C精度小于1%，具体为z方向: 5mm@1m，x,y方向: 10mm@1m，室内外都可以工作，工作距离0.5-30m。深度分辨率最高为1120 x 920，帧率最高为15FPS。可以输出对齐、同步的RGB 图和深度图，点云图或者 IR 图。支持Windows、Linux、Android、ROS 平台。且多设备同时工作无干扰。适合对帧率要求不高的远距离应用场景。

官网：http://www.percipio.xyz/

Occipital Structure

Structure sensor 是一款可以和苹果的iPad完美结合的产品，通过一根数据线与iPad链接，自带可充电锂电池（续航4小时），通过应用APP就能够方便的扫描人像、物品、场景等三维模型。操作简单，模型的生成速度非常快。同时，使用其提供的OpenNI SDK支持 Windows, macOS, Linux 和 Android。