2D成像技術

　　對于具有機器視覺，但不需要深度或距離信息的機器人，普通2D數碼攝像頭是比較通用的選擇。數碼攝像頭盡管看起來像膠片相機，實際上它基于完全不同的科學原理。它與電視也不同，電視投射出數百萬個微小的彩色光點或像素以合成圖像，而數碼攝像頭則捕獲從物體反射回來的光粒子（光子），并將其轉換成可作為數字存儲起來的電信號，或叫像素。一張數碼照片實際上是一長串描述每個像素的數字。在屏幕上，這一長串數字又被轉換為像素并合成圖像。

　　2D數碼攝像頭有兩種類型，即電荷耦合器件（CCD），以及互補金屬氧化物半導體（CMOS）。相比CMOS攝像頭，CCD攝像頭分辨率更高且噪聲更低，但價格更高且能效較低。本文將提供選擇2D攝像頭的絕佳指南。另外，2D攝像頭也在不斷創新中，不斷增加新的功能。例如，Pinnacle的高動態范圍（HDR）成像技術能夠幫助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具有不同動態范圍的圖像。右側具有高動態范圍性能的照片效果更佳。（圖片來源：PinnacleImagingSystems）

　　優點：2D攝像頭可有效地識別物體。它可以清晰地定義目標的邊緣，并以高分辨率收集目標的許多細節。

　　缺點：2D攝像頭對環境中的光照條件比較敏感。它會將鏡像圖像識別為第二個物體，而不是圖像。最后，2D相機的圖像捕獲過程較慢，需要攝像頭和物體相對靜止。

　　對于需要獲取3D信息的場景，使用超聲、紅外或3D感測技術的攝像頭會更適合。

　　3D感應技術

　　3D感應是一種強大的機器人導航工具，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數據可以通過不同的測量過程產生，如立體視覺、結構光和激光三角測量。立體視覺采用三角測量原理，使用來自一個位置的多個2D攝像頭的圖像，或來自不同位置的單個攝像頭的圖像，來計算深度。

　　結構光非常適合測量物體的3D形狀，它使用投影光模式和2D攝像頭系統進行測量。通過分析所觀察到的條紋圖案，可以收集有關物體深度的大量信息。

　　激光三角測量則使用2D攝像頭和激光。激光投射到目標區域上，然后2D攝像頭捕獲反射的激光束。根據多張照片上的激光束彎曲程度就可以計算出物體的輪廓。但是，這種方法速度相對較慢，并且只能用于靜止圖像，這意味著必須中斷某個進程才能進行數據收集。

　　優點：3D感測技術在近距離測量物體時具有很高的精確度，比超聲和紅外分辨率要高，并且在環境混亂時更加可靠。特別是在難以操控的表面或在環境光較暗的情況下，激光三角測量也可以工作，即使是低對比度的物體，它也可以提供精確的數據。

　　缺點：3D感測技術無法識別鏡面或玻璃，因為它會將反射物識別為第二個物體。此外，它們對光線條件敏感，在環境過于單調且缺乏特性時表現不佳。此外，其感應速度很慢，只能用于感測靜止圖像，這意味著必須中斷某個進程才能進行數據收集。最后，3D感測攝像頭價格昂貴、體積龐大且較難校準。

　　超聲波技術

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

　　優點：相比其它類型的傳感器，超聲攝像頭感測范圍更長、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量液體高度和距離，檢測物體時可避免在陸地或水下發生碰撞。

　　缺點：超聲攝像頭在定義目標邊緣方面表現不佳。它在感測具有高密度和反射性表面的目標時效果很好，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距離，但又不能檢測距離太近的物體。

　　紅外技術

　　紅外傳感器通過檢測物體發出的紅外線（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算目標物體的距離或接近程度。

　　優點：紅外傳感器可以檢測大范圍的紅外光，它可以實時運行，極具成本效益。與超聲傳感器相比，它們在定義對象的邊緣方面表現優良，并且易于識別不同的對象。例如，它們可以識別人和其它有熱量的物體，并與其反射圖像（例如鏡子）區分開來。此外，紅外攝像頭能夠在煙塵或霧氣等低可見度條件下進行感測。像超聲攝像頭一樣，IR相機可以檢測水下材料，目前已經在建筑絕緣或泄漏檢測中得到了應用。

　　缺點：紅外傳感器對紅外光和陽光非常敏感，只能在弱光下使用。而且，紅外傳感器對不同材料的感測效果也不盡相同，因為不同材料對紅外光的傳遞和折射均不同。