3D成像方法匯總介紹：
這里要介紹的是真正的3D成像，得到物體三維的圖形，是立體的圖像。而不是利用人眼視覺差異的特點，錯誤感知到的假三維信息。     
原理上分類：主要常用有：
1、雙目立體視覺法(Stereo Vision)
2、激光三角法(Laser triangulation)
3、結(jié)構(gòu)光3D成像(Structured light 3D imaging)
4、飛行時間法ToF（Time of flight）
5、光場成像法（Light field of imaging）
6、全息投影技術(shù)(Front-projected holographic display)
7、補充：戳穿假全息
上面原理之間可能會有交叉。
而激光雷達不是3D成像原理上的一個分類，而是一種具體方法。
激光雷達的3D成像原理有：三角測距法、飛行時間ToF法等。
激光雷達按照實現(xiàn)方式分類有：機械式、混合固態(tài)、基于光學(xué)相控陣固態(tài) 、基于MEMS式混合固態(tài)、基于FLASH式固態(tài)等。
 
1、雙目立體視覺法：就和人的兩個眼睛一樣，各種兩個攝像頭的手機大都會用這種方法來獲得深度信息，從而得到三維圖像。但深度受到兩個攝像頭之間距離的限制。
視差圖：雙目立體視覺融合兩只眼睛獲得的圖像并觀察它們之間的差別，使我們可以獲得明顯的深度感，建立特征間的對應(yīng)關(guān)系，將同一空間物理點在不同圖像中的映像點對應(yīng)起來，這個差別，我們稱作視差(Disparity)圖像。對于視差的理解可以自己體驗一下：將手指頭放在離眼睛不同距離的位置，并輪換睜、閉左右眼，可以發(fā)現(xiàn)手指在不同距離的位置，視覺差也不同，且距離越近，視差越大。
提到視差圖，就有深度圖，深度圖像也叫距離影像，是指將從圖像采集器到場景中各點的距離（深度）值作為像素值的圖像。
深度圖與點云的區(qū)別，點云：當(dāng)一束激光照射到物體表面時，所反射的激光會攜帶方位、距離等信息。若將激光束按照某種軌跡進行掃描，便會邊掃描邊記錄到反射的激光點信息，由于掃描極為精細，則能夠得到大量的激光點，因而就可形成激光點云。深度圖像經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可以計算為點云數(shù)據(jù)；有規(guī)則及必要信息的點云數(shù)據(jù)可以反算為深度圖像。兩者在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。
雙目立體視覺由三角法原理進行三維信息的獲取，即由兩個攝像機的圖像平面和被測物體之間構(gòu)成一個三角形。已知兩個攝像機之間的位置關(guān)系和物體在左右圖像中的坐標(biāo)，便可以獲得兩攝像機公共視場內(nèi)物體的三維尺寸及空間物體特征點的三維坐標(biāo)。所以，雙目視覺系統(tǒng)一般由兩個攝像機構(gòu)成。
 
深度和視差成反比

2、激光三角法

單點激光測距原理：（同屬于下面結(jié)構(gòu)光原理）單點激光測距原理圖如下圖。

激光頭Laser與攝像頭在同一水平線（稱為基準(zhǔn)線）上，其距離為s，攝像頭焦距為f，激光頭與基準(zhǔn)線的夾角為β。激光頭Laser與攝像頭在同一水平線（稱為基準(zhǔn)線）上，其距離為s，攝像頭焦距為f，激光頭與基準(zhǔn)線的夾角為β。假設(shè)目標(biāo)物體Object在點狀激光器的照射下，反射回攝像頭成像平面的位置為點P。假設(shè)目標(biāo)物體Object在點狀激光器的照射下，反射回攝像頭成像平面的位置為點P。 
由幾何知識可作相似三角形，激光頭、攝像頭與目標(biāo)物體組成的三角形，相似于攝像頭、成像點P與輔助點P′。P與輔助點P′。 
設(shè) PP′=x，q、d如圖所示，則由相似三角形可得：PP′=x，q、d如圖所示，則 由相似三角形可得：f/x=q/s  ==>  q=fs/x    
 X可分為兩部分計算：X=x1+x2= f/tanβ + pixelSize* position
其中pixelSize是像素單位大小， position是成像的像素坐標(biāo)相對于成像中心的位置。
最后，可求得距離d:   d=q/sinβ
線狀激光三角測距原理：（同屬于下面結(jié)構(gòu)光原理）
將激光光條的中心點P1、成像點P1′、攝像頭、激光頭作為基準(zhǔn)面，中心點P1就符合單點結(jié)構(gòu)光測距。對于任一點（該點不在基準(zhǔn)面上），也可由三角測距得出。將激光光條的中心點P1、成像點P1′、攝像頭、激光頭作為基準(zhǔn)面，中心點P1就符合單點結(jié)構(gòu)光測距。對于任一點（該點不在基準(zhǔn)面上），也可由三角測距得出。

如上圖所示，將成像平面鏡像到另一側(cè)。其中P1′，P2′和分別是P1和P2的成像位置，對于點P2、成像點P2′、攝像頭、激光頭所形成的平面，與基準(zhǔn)面存在夾角θ，也符合單點結(jié)構(gòu)光測距。此時的焦距為f′，x的幾何意義同單點激光測距原理。如上圖所示，將成像平面鏡像到另一側(cè)。其中P1′，P2′和分別是P1和P2的成像位置，對于點P2、成像點P2′、攝像頭、激光頭所形成的平面，與基準(zhǔn)面存在夾角θ，也符合單點結(jié)構(gòu)光測距。此時的焦距為f′，x的幾何意義同單點激光測距原理。
   d'/baseline=f'/xd′是P2與baseline所成平面上P2到底邊的高（類比于單點激光測距原理中的q）。同樣x可分為兩部分計算d′是P2與baseline所成平面上P2到底邊的高（類比于單點激光測距原理中的q）。同樣x可分為兩部分計算：
  x=f'/tanβ + pixelSize* position上述中的平面與基準(zhǔn)面的夾角為θ上述中的平面與基準(zhǔn)面的夾角為θ：
     f'/f=cosθ        tanθ=(|P2'.y-P1'.y|)/f可求得f′：可求得f′：f'=f/cos(arctan((P2'.y-P1'.y)/f))   
3、結(jié)構(gòu)光3D成像法

OPPO Find X和IphoneX等手機的前置攝像頭紛紛搭載。
單從光源本身理解什么是結(jié)構(gòu)光：就是帶有一定結(jié)構(gòu)的，而且我們自己是知道光源的這種結(jié)構(gòu)的。
結(jié)構(gòu)光三維視覺是基于光學(xué)三角測量原理。光學(xué)投射器將一定模式的結(jié)構(gòu)光透射于物體表面，在表面上形成由被測物體表面形狀所調(diào)制的光條三維圖像。該三維圖像由處于另一位置的攝像機探測，從而獲得光條二維畸變圖像。光條的畸變程度取決于光學(xué)投射器與攝像機之間的相對位置和物體表面形狀輪廓（高度）。直觀上，沿著光條顯示出的位移（或者偏移）與物體表面高度成比例，扭結(jié)表示了平面的變化，不連續(xù)顯示了表面的物理間隙。當(dāng)光學(xué)投射器與攝像機之間的相對位置一定時，由畸變的二維光條圖像坐標(biāo)便可重現(xiàn)物體表面三維形狀輪廓。由光學(xué)投射器、攝像機、計算機系統(tǒng)即構(gòu)成了結(jié)構(gòu)光三維視覺系統(tǒng)。

根據(jù)光學(xué)投射器所投射的光束模式的不同，結(jié)構(gòu)光模式又可分為點結(jié)構(gòu)光模式、線結(jié)構(gòu)光模式、多線結(jié)構(gòu)光模式、面結(jié)構(gòu)光模式、相位法等。

點結(jié)構(gòu)光模式：（和上面介紹的三角測距一樣）如圖所示，激光器發(fā)出的光束投射到物體上產(chǎn)生一個光點，光點經(jīng)攝像機的鏡頭成像在攝像機的像平面上，形成一個二維點。攝像機的視線和光束在空間中于光點處相交，形成一種簡單的三角幾何關(guān)系。通過一定的標(biāo)定可以得到這種三角幾何約束關(guān)系，并由其可以確定光點在某一已知世界坐標(biāo)系中的空間位置。

線結(jié)構(gòu)光模式：（和上面介紹的三角測距一樣）線結(jié)構(gòu)光模式是向物體投射一條光束，光條由于物體表面深度的變化以及可能的間隙而受到調(diào)制，表現(xiàn)在圖像中則是光條發(fā)生了畸變和不連續(xù)，畸變的程度與深度成正比，不連續(xù)則顯示出了物體表面的物理間隙。任務(wù)就是從畸變的光條圖像信息中獲取物體表面的三維信息；實際上，線結(jié)構(gòu)光模式也可以說是點結(jié)構(gòu)模式的擴展。過相機光心的視線束在空間中與激光平面相交產(chǎn)生很多交點，在物體表面處的交點則是光條上眾多的光點，因而便形成了點結(jié)構(gòu)光模式中類似的眾多的三角幾何約束。很明顯，與點結(jié)構(gòu)光模式相比較，線結(jié)構(gòu)光模式的測量信息量大大增加，而其實現(xiàn)的復(fù)雜性并沒有增加，因而得到廣泛應(yīng)用。

多線結(jié)構(gòu)光模式：多線結(jié)構(gòu)光模式是光帶模式的擴展。如圖，由光學(xué)投射器向物體表面投射了多條光條，其目的的一方面是為了在一幅圖像中可以處理多條光條，提高圖像的處理效率，另一方面是為了實現(xiàn)物體表面的多光條覆蓋從而增加測量的信息量，以獲得物體表面更大范圍的深度信息。也就是所謂的“光柵結(jié)構(gòu)模式"，多光條可以采用投影儀投影產(chǎn)生一光柵圖樣，也可以利用激光掃描器來實現(xiàn)。

面結(jié)構(gòu)光模式：當(dāng)采用面結(jié)構(gòu)光時，將二維的結(jié)構(gòu)光圖案投射到物體表面上，這樣不需要進行掃描就可以實現(xiàn)三維輪廓測量，測量速度很快，光面結(jié)構(gòu)光中的方法是投影光柵條紋到物體表面。當(dāng)投影的結(jié)構(gòu)光圖案比較復(fù)雜時，為了確定物體表面點與其圖像像素點之間的對應(yīng)關(guān)系，需要對投射的圖案進行編碼，因而這類方法又稱為編碼結(jié)構(gòu)光測量法。圖案編碼分為空域編碼和時域編碼?？沼蚓幋a方法只需要一次投射就可獲得物體深度圖，適合于動態(tài)測量，但是目前分辨率和處理速度還無法滿足實時三維測量要求，而且對譯碼要求很高。時域編碼需要將多個不同的投射編碼圖案組合起來解碼，這樣比較容易實現(xiàn)解碼。主要的編碼方法有二進制編碼、二維網(wǎng)格圖案編碼、隨機圖案編碼、彩色編碼、灰度編碼、鄰域編碼、相位編碼以及混合編碼。

相位法：近年來基于相位的光柵投影三維輪廓測童技術(shù)有了很大的發(fā)展，將光柵圖案投射到被測物表面，受物體高度的調(diào)制，光柵條紋發(fā)生形變，這種變形條紋可解釋為相位和振幅均被調(diào)制的空間載波信號。采集變形條紋并且對其進行解調(diào)可以得到包含高度信息的相位變化，最后根據(jù)三角法原理計算出高度，這類方法又稱為相位法。基于相位測量的三維輪廓測量技術(shù)的理論依據(jù)也是光學(xué)三角法，但與光學(xué)三角法的輪廓術(shù)有所不同，它不直接去尋找和判斷由于物體高度變動后的像點，而是通過相位測量間接地實現(xiàn)，由于相位信息的參與，使得這類方法與單純光學(xué)三角法有很大區(qū)別。