用雙眼觀察世界是人類與生俱來(lái)的、最為核心的生物功能之一，也是人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的主要途徑。而在漫長(zhǎng)的文明演化的道路中，為了彌補(bǔ)人類視覺(jué)的天然短板，看到更廣闊的世界，善于利用工具的人類發(fā)明了機(jī)器，從模仿人類視覺(jué)開始，漸漸步入超越人類視覺(jué)的道路，隨著人工智能的步伐不斷演進(jìn)。

從“看清”世界到“看懂”世界

在不斷演進(jìn)的道路上，機(jī)器視覺(jué)經(jīng)歷過(guò)四次重大變革：

第一次是色彩的突破。早期機(jī)器局限于感光材料和技術(shù)只能記錄黑白色彩，直至19世紀(jì)末光學(xué)研究出現(xiàn)新的突破，彩色在攝影師帶有濾鏡的拍攝和后期合成中顯現(xiàn)，使得機(jī)器視覺(jué)邁上第一個(gè)臺(tái)階。

第二次是從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的變革。比如早期攝影常常采用膠片來(lái)模型記錄影像，隨著數(shù)字技術(shù)的日益成熟，數(shù)碼相機(jī)應(yīng)用而生，日漸取代了之前的方式，變得更加高效快捷，機(jī)器視覺(jué)進(jìn)入了全新的數(shù)碼時(shí)代。

第三次進(jìn)步是低像素到高像素的轉(zhuǎn)變。1969年，貝爾實(shí)驗(yàn)室首次開發(fā)了電荷耦合元件，可將成像的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，獲得更高解析度、更細(xì)膩的畫面。它使得像素從初期的10萬(wàn)大幅提升至千萬(wàn)，促使機(jī)器視覺(jué)從普清走向了高清。

第四次是2D視覺(jué)轉(zhuǎn)向3D視覺(jué)的升維革命。伴隨著AI的迅猛發(fā)展，機(jī)器跳脫了2D平面“視”界進(jìn)入3D立體“視界”，F(xiàn)ace ID、VR、刷臉支付、智能機(jī)器人……這些人們眼中的“未來(lái)產(chǎn)品”，由于3D視覺(jué)技術(shù)的出現(xiàn)，逐漸成為身邊的無(wú)處不在。

什么是3D視覺(jué)技術(shù)

簡(jiǎn)單來(lái)講，是通過(guò)3D攝像頭采集視野內(nèi)目標(biāo)物體每個(gè)點(diǎn)位的三維坐標(biāo)信息，再通過(guò)算法復(fù)原三維立體成像。

它能真正反映物體和環(huán)境的狀態(tài)，也更接近人類的感知模式，不會(huì)輕易受到外界環(huán)境、復(fù)雜光線的影響，也可解決以往二維視覺(jué)安全性較差的問(wèn)題。在3D視覺(jué)技術(shù)的領(lǐng)域里，有如下幾種主流視覺(jué)方式：

雙目視覺(jué)

原理來(lái)源于我們的眼睛。即用機(jī)器的兩只“眼睛”觀察同一事物，獲取在不同視角下的感知圖像，然后通過(guò)三角測(cè)量原理計(jì)算圖像的視差，以此得到景物的三維信息。這種視覺(jué)方法靈活簡(jiǎn)單，在航空測(cè)繪、醫(yī)學(xué)成像和工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域中應(yīng)用較廣。

結(jié)構(gòu)光

先將激光散斑投射到目標(biāo)物體，再由攝像機(jī)采集物體表面反射的信息，再根據(jù)光信號(hào)的變化計(jì)算出物體位置和深度信息，實(shí)現(xiàn)模型重建。生活中我們常能看到它的“身影”，比如目前蘋果全系支持Face ID的機(jī)型，市面上主流的3D刷臉支付均為3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)。

TOF（Time-of-Flight）光飛行時(shí)間法

通過(guò)光線在空中傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算距離，即通過(guò)專用傳感器捕捉近紅外光從發(fā)射到接收的飛行時(shí)間，以此來(lái)判斷并計(jì)算物體的距離信息，再結(jié)合相機(jī)拍攝，將物體的三維輪廓呈現(xiàn)出來(lái)。多用于遠(yuǎn)距離測(cè)量，比如VR、汽車自動(dòng)駕駛等。

3D視覺(jué)技術(shù)改變我們的生活

近年來(lái)，3D視覺(jué)技術(shù)快速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用到人臉識(shí)別、智能機(jī)器人、自動(dòng)駕駛、新零售、AR等多重場(chǎng)景，也慢慢滲透到了我們生活中的方方面面。

人臉識(shí)別

我們手機(jī)中的Face ID功能、可互動(dòng)的3D動(dòng)畫表情，以及手機(jī)或者商超購(gòu)物時(shí)的刷臉支付，都運(yùn)用了3D視覺(jué)技術(shù)。除了應(yīng)用于這些日常使用度高的領(lǐng)域之外，它還被用在一些人流量大、安全度要求較高的場(chǎng)景，比如企業(yè)/學(xué)校門禁、大樓/公共交通閘機(jī)，來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)考勤和通行控制的便捷化管理。

三維測(cè)量及重建

我們買房租房時(shí)，僅憑照片不夠直觀，實(shí)地查看又非常麻煩，有了3D視覺(jué)技術(shù)的加持，看房就如同身臨其境。同樣的，在新零售領(lǐng)域，針對(duì)有些實(shí)物也會(huì)用3D視覺(jué)技術(shù)為其打造可360°瀏覽的3D模型，便于人們購(gòu)買前觀看細(xì)節(jié)。而它還可以用于人體方面，能夠構(gòu)建數(shù)字畫像，生成多維度身體數(shù)據(jù)及不良體態(tài)評(píng)估分析。

智能家居

3D視覺(jué)技術(shù)為機(jī)器賦予了智慧的“雙眼”，比如讓智能家電感知物體形態(tài)和距離，智能識(shí)別不同物體的類別。此外，它所衍生的手勢(shì)識(shí)別和骨架識(shí)別，能讓人們用手勢(shì)操控家電設(shè)備，也能體驗(yàn)體感互動(dòng)游戲，為居家生活的便捷和娛樂(lè)平添了許多色彩。

工業(yè)自動(dòng)化

在工業(yè)領(lǐng)域，它同樣擁有巨大的價(jià)值。比如快遞物流行業(yè)，搭載著3D視覺(jué)技術(shù)的自動(dòng)化分揀設(shè)備能夠滿足于物流行業(yè)對(duì)于精度和效率的要求，可感知物體的大小和形態(tài)，對(duì)不同形狀的物體進(jìn)行自動(dòng)化操作，而不再局限于處理單一形態(tài)的物體，為工業(yè)生產(chǎn)力的創(chuàng)新變革賦予了巨大能量。

疫情防控

疫情當(dāng)下，3D視覺(jué)技術(shù)也能夠助一臂之力，出現(xiàn)了許多非接觸式服務(wù)新舉措：比如測(cè)溫識(shí)別終端的投入使用，進(jìn)行智能測(cè)溫管控與體溫異常預(yù)警；送餐機(jī)器人為集中隔離觀察點(diǎn)的人們送飯送藥，大大降低了工作人員感染的風(fēng)險(xiǎn)；還有健康碼核驗(yàn)、人證比對(duì)，可以有效實(shí)現(xiàn)智能排查、科學(xué)預(yù)警。

隨著5G、人工智能與機(jī)器視覺(jué)的不斷發(fā)展與融合，未來(lái)，3D視覺(jué)技術(shù)將以更多姿態(tài)進(jìn)入我們的生活，帶領(lǐng)我們體驗(yàn)更多世界的美好，探索更多世界的奧秘。