2026年机器视觉行业深度研究报告（一）：从二维识别到三维重构，3D视觉正从“可选配置”走向“刚需标配”

3D 视觉：从平面到立体，算法为核，实现 3D 重建

1、3D 视觉是 2D 视觉的升维

3D 视觉不同于传统 2D 图像仅能够提供固定平面内的形状及纹理信息，3D 视觉感知技 术在同步提供 2D 图像的同时，还能够为 AI 算法及算力提供视场内物体的深度、形貌、 位姿等 3D 信息，实现识别、定位和场景重建等功能。

在传统的 2D 视觉中，3D 物体通过相机的透镜成像在 2D 感光元件上，这是一个丢失了 深度信息降维的过程。而 3D 重建（3D 感知）是指利用光学传感器（如相机）获取的 2D 图像序列，结合计算机视觉算法，恢复物体的三维几何形状、空间位置以及表面纹理的 过程；即通过数学模型和算法，将这些丢失的深度信息找回来，把像素点还原到三维坐 标系中。这个算法中会包含点云（生成大量带有空间坐标的采样点）、三角剖分（利用几 何关系确定点在空间中的位置）和深度图的生成（每个像素点代表距离相机距离的图像） 等。

2、产业链以芯片为基，算法为核

3D 视觉产业链上游主要为提供各类 3D 视觉传感器硬件的供应商或生产商，中游为方案 及算法商，下游为消费级及工业级应用场景。

上游 3D 传感模组硬件通常由红外发射端、接收端以及图像处理芯片组成。不同 3D 技术 方案的的解码原理不同，但是所需核心部件基本相同。发射端主要包括红外光源、准直 镜头、DOE（衍射光学元件，Diffractive Optical Elements）、模组组装等；接收端主要包 括透镜、窄带滤光片、红外 CIS（图像传感器）等组件。按照价值量分别来看，发射端、 接收端、光学部件和模组组装分别占比 14%/18%/28%/40%。

芯片为基，算法为核。3D 视觉产业链中游为 3D 视觉感知方案商，产业链中游方案主要 基于深度引擎算法结合应用进行各类 3D 视觉传感器的方案设计。由于 3D 视觉最终是通 过计算得到的，因为 3D 感知企业不仅需要掌握核心芯片、光学、算法等底层核心能力， 还需要具备结构光、iToF（间接飞行时间技术）、双目、dToF（直接飞行时间技术）、Lidar （激光雷达）、工业三维测量等全领域技术路线布局及相关产品开发的能力。 产业链下游主要为根据终端的各类应用场景开发各类应用算法的应用算法方案。目前已 具备一定商业应用的算法包括：人脸识别、活体检测算法，三维测量、三维重建算法，图 像分割、图像增强优化算法，VSLAM 算法，骨架、姿态识别、行为分析算法，沉浸式 AR、 虚拟现实算法等。随着 3D 视觉感知应用场景的丰富，会有更多的应用算法商业化。 产业应用终端主要是基于 3D 视觉感知技术的各类应用场景客户。

核心技术路径多元并存，各擅其长

目前主流的三维成像技术按其三维景深信息获取的方式可以分为双目视觉、结构光及飞 行时间系统。

1、双目视觉：实施成本低，适合远距离

双目视觉是利用三角测距法计算被测物体到相机的距离。双目视觉测距的核心原理基于 视差效应：当同一被测物体经两个位置存在固定偏移的成像设备同步观测时，其在两幅 图像中的投影坐标将呈现系统性位置差异，该差异即为视差。这一现象与人眼双目观测 时产生的立体视觉机制一致，例如近距离物体在左右眼视网膜上的成像存在明显错位。 视差大小与被测物体至成像系统的距离呈负相关：物体距离越近，视差值越大；距离越 远，视差值相应减小。在双目标定已确定基线长度、相对姿态等内外参数的前提下，可 基于几何相似三角形模型，通过视差数值反演计算被测物体与成像设备之间的空间距离， 从而实现三维深度信息的解算。 双目视觉的优点是它的施行成本很低，常见的摄像头就可以使用，并且因其是利用双目 仿生的原理，所以双目视觉所得到的图像就能呈现出更加直观的效果。其次，双目视觉 中的深度分辨误差是测量距离的二次函数，故在测量较远距离物体时依旧会保持较高的 测量精度。双目技术的缺点在于 1）对环境光照强度敏感；2）对物体自身特征依赖，物 体缺乏纹理（白墙）的情况下，也无法准确找到匹配的对应像素；3）匹配像素过程计算 量大，要计算每个像素的深度值。

2、结构光：近距离，高精度高空间分辨率

结构光技术是基于双目视觉提出的，目的是解决双目视觉中匹配算法复杂性与鲁棒性。 结构光是“带着条纹/点阵/网格图案”投射出去的光，结构光的工作原理是将已知的参考 点图投射到三维物体上，参考点图经过物体高度调制产生变形，被调制的光信息被 2D 相 机采集捕捉，然后将调制后的光信息与投射的参考点图做对比，基于调制水平计算出深 度图。 结构光技术的优点在于能够在近距离内（<2 米）实现非常高的空间分辨率和非常高的精 度；而缺点在于提取一帧信息需要多次投影，这可能会降低帧速率；对于远距离探测， 光源需要远离相机镜头，因为如果光源距离镜头太近，可能导致无法识别图像变形；室 外环境光也可能干扰图像调制。

3、TOF 相机：用“光”测距，直接法和间接法并行

TOF 技术（时间飞行法）是一种用“光”测量距离的技术，所谓“光”测量距离是通过 向被测物发射连续的光脉冲信号，随后传感器接收由物体反射回来的信号，通过计算光 脉冲的飞行（往返）时间来得到目标物的距离信息。一般来说，主动发射光源是 850nm 波长的固态激光管或者发光二极管 LED，对人眼来说是不可见光。 目前基于 TOF 技术的测量设备根据测量传播时间方式的不同大致可以分为直接测量法 与间接测量法。根据光源发射器调制光脉冲方法的不同，可以分为脉冲调制法和连续波 调制法。 直接测量法采用测量飞行时间的系统属于脉冲式飞行时间系统，一般采用的脉冲是方波 脉冲，其测量方式是利用高精度计时器直接计算从脉冲发射到接收的时间差，从而求得 距离。直接测量法测量方法简单，响应速度快，但对物理器件的性能要求很高，并且对 时间测量精度要求也会较高，适合远距离探测且动态范围高。 间接测量法是通过调制信号与解调信号相关函数计算得到的相位差，间接地得到调制光 信号在传播过程中的飞行时间，进而计算出相机与被测物之间的距离。其中普遍的调制 信号有正弦波调制信号和线性频率调制信号，调制信号通过往返距离延迟后，到达光电 传感器的相位或者频率就会发生变化，再利用一定的鉴相/鉴频技术来计算出相位或频率 的变化值获得被测物的距离信息。对于间接测量方式还可以利用电容来对时间进行计算， 其测量的方式是利用入射光的光电子给电容进行充电，对于计算光传播的时间，则是通 过电容两端的电压随时间的变化关系，间接地计算得到。间接测量法在中近距离（0.5– 5m）精度稳定，受环境光干扰较小，适合室内高精度场景，此外功耗也较低。