利用不同類(lèi)型的傳感器和測(cè)量技術(shù)，可以記錄被測(cè)物體或場(chǎng)景的三維信息。適用于利用微波、超聲波或光波估計(jì)目標(biāo)距離的非接觸測(cè)量技術(shù)［1，2］獲取物體的幾何結(jié)構(gòu)是：（i）被動(dòng)的，通過(guò)使用多視圖圖像數(shù)據(jù)；（ii）主動(dòng)的，利用光學(xué)距離測(cè)量技術(shù)。結(jié)合三角測(cè)量原理的多視角圖像采集方法，在國(guó)內(nèi)外已有幾十年的研究歷史〔4〕，與其它測(cè)距裝置（如激光雷達(dá)、聲學(xué)或雷達(dá)傳感器）相比，該方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、分辨率高同時(shí)采集測(cè)量區(qū)域，無(wú)能量釋放或活動(dòng)部件。然而，主要的缺點(diǎn)是在自動(dòng)匹配過(guò)程中的對(duì)應(yīng)問(wèn)題、處理時(shí)間和對(duì)充足照明條件和紋理表面的需求。利用光波的主動(dòng)光學(xué)測(cè)量技術(shù)可進(jìn)一步分為三大類(lèi)，即干涉測(cè)量、三角測(cè)量和飛行時(shí)間（TOF）［5–7］，三角測(cè)量技術(shù)通常通過(guò)已知的光學(xué)基礎(chǔ)和指向三角形的相關(guān)邊角來(lái)確定三角形內(nèi)的未知點(diǎn)未知點(diǎn)。這一原理被基于結(jié)構(gòu)照明的主動(dòng)傳感器以及被動(dòng)數(shù)碼相機(jī)所采用。連續(xù)波和脈沖TOF技術(shù)測(cè)量調(diào)制光信號(hào)的飛行時(shí)間或相移。這些技術(shù)通常應(yīng)用于非相干光信號(hào)。TOF的典型例子是全站儀或經(jīng)典激光雷達(dá)儀器（地面或空中）的光學(xué)測(cè)距儀［8，9］。它們的測(cè)量范圍可以根據(jù)儀器的不同而有很大的不同，在幾分米到幾公里之間變化，精度分別在一毫米到幾十厘米之間。然而，激光雷達(dá)儀器的主要缺點(diǎn)是成本和尺寸高。干涉法也通過(guò)飛行時(shí)間技術(shù)來(lái)測(cè)量深度。然而，在這種情況下，使用光波本身的相位。這就要求將物體反射的波前與參考波前進(jìn)行相干混合和相關(guān)。光學(xué)干涉原理的許多變體已經(jīng)發(fā)展起來(lái)，如多波長(zhǎng)干涉法、全息干涉法、散斑干涉法和白光干涉法。干涉測(cè)量方法的高精度主要取決于光源的相干長(zhǎng)度：干涉測(cè)量不適用于大于幾厘米的范圍，因?yàn)樵摲椒ㄊ腔趯?duì)非常短的光波長(zhǎng)的評(píng)估。在過(guò)去的幾年里，新一代的主動(dòng)傳感器已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，它可以在沒(méi)有任何掃描機(jī)制的情況下，從一個(gè)角度以視頻幀速獲取三維點(diǎn)云。工作原理是測(cè)量裝置向被觀察對(duì)象發(fā)出的信號(hào)的TOF，其優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)測(cè)量相機(jī)傳感器的每個(gè)像素的距離信息。文獻(xiàn)中使用了許多術(shù)語(yǔ)來(lái)表示此類(lèi)設(shè)備，通常稱(chēng)為飛行時(shí)間（TOF）攝像機(jī)、距離成像（RIM）攝像機(jī)、三維距離成像儀、距離攝像機(jī)或這些術(shù)語(yǔ)的組合。在接下來(lái)的章節(jié)中，將普遍使用TOF相機(jī)這一術(shù)語(yǔ)，這與該技術(shù)的工作原理更為相關(guān)。由于半導(dǎo)體技術(shù)的小型化和可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的CCD/CMOS工藝的發(fā)展，這種技術(shù)是可能的。因此，能夠以高幀速率和高達(dá)幾厘米的精度獲取每個(gè)像素的距離測(cè)量。基于相移測(cè)量的TOF相機(jī)的工作范圍通常限制在10/30米，而基于直接TOF測(cè)量的TOF相機(jī)可以測(cè)量1500米的距離。此外，TOF相機(jī)通常具有分辨率低（不超過(guò)幾千個(gè)幾十像素）、尺寸小、成本低等特點(diǎn)與激光雷達(dá)儀器相比，這是一個(gè)數(shù)量級(jí)的降低，與經(jīng)典激光掃描儀相比，功耗更低。與多視圖圖像采集相比，深度精度是實(shí)用的