使用 ArduCAM ToF Camera 在 Raspberry Pi CM5 上进行深度感测验证

ArduCAM 品牌还销售一种用于 Raspberry Pi 的摄像头模块，有些人可能已经用过了。
这一次，它是同一个摄像头模块，但采用了一种略微特殊的摄像头，称为 ToF，简单地说，这是一种可以分辨被拍摄物体深度的摄像头。

照片显示的是用于工业级 Raspberry Pi（CM5）的 PL-R5 BASE BOARD。也可使用 FPC 电缆连接市售的 Raspberry Pi。
与普通摄像头模块不同的是，摄像头本身也需要电源，因此需要将其连接到 GPIO 引脚上以获得电源。

ToF 与激光雷达的区别

与 ToF 相机类似的还有激光雷达（LiDAR）。
很难区分两者，因为两者都是利用激光的反射。
在某些情况下，两者并无太大区别，但由于它们的特性不同，各有各的适用环境。

一般来说，较小的站点更可能选择 ToF，而较大的站点更可能选择 LiDAR。

不过，根据使用方式的不同，它可以适用于任何一种情况。
例如，根据性能的不同，激光雷达也有中间类别。根据产品的不同，会出现 “小型激光雷达可以适应 “或 “大型激光雷达使用 ToF 即可 “的情况。
最终的决定将基于各种环境条件，例如您希望达到的范围和精度，以及安装和运行成本。

比较项目	小型场地（ToFs 易于使用）	大型场地（激光雷达易于使用）
距离范围	几厘米至几十米范围内	几十米到几百米以上
所需的精确度	几厘米到几十厘米	高精度厘米订单
数据请求	单点距离测量、中低分辨率深度图	高密度三维点云，大范围测绘
主要制约因素	成本低、耗电少、体积小、安装方便	安装空间、供电能力、激光安全措施、可维护性
安装费用	相对较低	相对较高
设备尺寸	易于微型化	体积往往较大
首选环境	室内、短距离、嵌入式应用	室外、大面积、高海拔、大空间
典型应用	近距离检测、短距离避障、手势识别、货架管理、嵌入式传感器	自动驾驶、地形测量、户外监控、仓库整体测绘
与 Raspberry Pi 兼容	好	良好，取决于应用（昂贵且易受高负荷影响）
适合以下情况的决策轴心	我想轻松获取距离。	我想用高精度 3D 测量仪测量大面积区域。

项	目录
产品概览	ToF 方法 深度相机模块
主要功能	实时点云（点云）和深度图输出
有效像素数	240 × 180
传感器尺寸	1/6 英寸
树莓派的分辨率/FPS	240 × 180 @ 30fps
传感器最大帧频	120fps
最大深度帧速率（Raspberry Pi）	30fps （4 相）
最大深度帧速率（NVIDIA Jetson）	30fps （4 相）
测量距离	远摄模式：4 米 / 近摄模式： 2 米
调制频率	75MHz / 37.5MHz
视角	对角线角度 70°。
光源	内置 940nm VCSEL 激光器
室内和室外使用	是（无需外部照明）
界面	MIPI（双通道）
输出格式	四相 RAW/深度帧/灰度振幅帧
Linux 支持	基于 V4L2 的视频内核设备
SDK	C / C++ / Python
ROS 支持	已支持
支持的操作系统	树莓派操作系统书虫/牛眼（32 位/64 位），自 2022/01/28 起
支持的硬件	Raspberry Pi 5 / 4 / 2 / 3 / CM3 / CM4 / Zero W / Zero 2 W / NVIDIA Jetson
功耗（TDP）	3.5W
推荐电源	5V / 4A 或以上
基底尺寸	38 毫米 x 38 毫米

当时的环境

• 工业级 Raspberry Pi (CM5)PL-R5 底板
• ArduCAM ToF 摄像机（需要电源）
• Raspberry Pi OS Trixie
  – 型号：Raspberry Pi Compute Module 5 Rev 1.0
  – OS：Debian GNU/Linux 13 (trixie)
  – 内核：6.12.54-v8-16k+
  – Python3.13

注：我们尝试过使用最新的 Trixie，但目前书虫或牛眼的早期版本运行得更稳定。

添加到 Config.txt

您需要在 config.txt 中添加摄像机模块的说明。该说明在重启时有效。

sudo nano /boot/firmfare/config.txt

dtoverlay=arducam-pivariety,cam0

试用示例程序（C/C++）

./Install_dependencies.sh
通过 git 克隆并运行 shell 脚本进行安装和构建，即可启动示例应用程序。

C/C++ 示例程序可以正常运行，因为我们找到了 C/C++ 示例程序使用的共享库libArducamDepthCamera.so 和libArducamDepthCamera4C.so 。

在Trixie 环境中，Python 示例程序和 C++ 点云需要额外的支持和代码修改。

github: https://github.com/ArduCAM/Arducam_tof_camera/
SDK: https://docs.arducam.com/Raspberry-Pi-Camera/Tof-camera/Arducam-ToF- Camera-SDK/

git clone https://github.com/ArduCAM/Arducam_tof_camera.git
cd Arducam_tof_camera
./Install_dependencies.sh
./compile.sh

示例程序（C/C++）可以单独运行，但运行所有三个程序的命令会在./compile.sh 之后出现在终端中。

/home/$USER/Arducam_tof_camera/build/example/cpp/example

个案：

  cd build/example/cpp
  ./preview_depth
  # or
  ./capture_raw

执行屏幕

执行后，屏幕上会出现三个窗口。

如果将手放在镜头前，就能通过颜色分辨出深度的不同。

需要支持 Python 示例程序

Python 示例程序 (preview_depth.py) 在此环境下无法正常运行。

错误：

ModuleNotFoundError: No module named 'ArducamDepthCamera'
# or
ModuleNotFoundError: No module named 'cv2'

Python 示例import ArducamDepthCamera 需要一个为 Python 构建的扩展模块。
使用 Python 3.13 的 Raspberry Pi OS Trixie 没有为 Python 提供或安装该模块，这就是为什么ModuleNotFoundError 没有提供或安装该 Python 模块的原因。

我检查了一下，发现 PyPI 中有一个名为 arducamdepthcamera 的 Python 软件包，截至 2026 年 3 月的最新版本是 0.1.24 (https://pypi.org/project/arducamdepthcamera/)

即使是 Python 3.13，我也能通过--system-site-packages 创建虚拟环境，将 Python 绑定与 apt 版本的 OpenCV 和 pip 版本的 ArduCAM 一起使用。
由于 pip 版本的 opencv-python 在 Raspberry Pi 上可能比较笨重且不稳定，因此可以在虚拟环境中使用系统的 apt 版本。

pip install --upgrade pip
python3 -m venv --system-site-packages ~/venv-arducam # Create only once (initial setup)
source ~/venv-arducam/bin/activate # Run every time, or add an alias to .bashrc
pip install arducamdepthcamera # Install only once

我会检查的。

python3 -c "import numpy; print(numpy.__version__, numpy.__file__)"
python3 -c "import cv2; print(cv2.__version__)"
python3 -c "import ArducamDepthCamera as ac; print(ac)"

因此，numpy 在 venv 内使用，cv2 在 4.10.0 和系统端使用，最后一个 ArducamDepthCamera 也在 venv 内使用。

1.26.4 /home/pi/venv-arducam/lib/python3.13/site-packages/numpy/__init__.py
4.10.0
<module 'ArducamDepthCamera' from '/home/pi/venv-arducam/lib/python3.13/site-packages/ArducamDepthCamera/__init__.py'>

运行 Python 示例程序

重建后，我运行了 Python 示例程序并成功启动。

python3 ~/Arducam_tof_camera/example/python/preview_depth.py

arducamdepthcamera 安装在虚拟环境中，必须在运行 Python 示例之前激活。

source ~/venv-arducam/bin/activate

如果不在这种状态下运行，系统侧 Python 将无法找到ArducamDepthCamera ，并将再次ModuleNotFoundError 。

点云

经过调查，我们发现 Raspberry Pi OS Trixie 中的 Open3D API 规范发生了变化，通过修改示例代码端的描述以符合当前的 Open3D，问题得以解决。

需要纠正的问题

在发生错误的~/Arducam_tof_camera/open3d_preview/preview_pointcloud.cpp第 159~ 行的 case 语句中，需要替换第 160 行起的六行。

        case 's': {
            open3d::io::WritePointCloudToPCD( //
                "pointcloud.pcd", pcd,
                {
                    open3d::io::WritePointCloudOption::IsAscii::Ascii,
                    open3d::io::WritePointCloudOption::Compressed::Uncompressed,
                });
        } break;

        case 's': {
            open3d::io::WritePointCloudOption option(
                "pcd",
                true,   // write_ascii
                false,  // compressed
                false   // print_progress
            );

            open3d::io::WritePointCloudToPCD(
                "pointcloud.pcd",
                pcd,
                option);
        } break;

再次建设。

./compile_pointcloud.sh

/home/$USER/Arducam_tof_camera/build/open3d_preview/preview_pointcloud下面是一个程序的示例，该程序可以使用

[ 50%] Building CXX object open3d_preview/CMakeFiles/preview_pointcloud.dir/preview_pointcloud.cpp.o
[100%] Linking CXX executable preview_pointcloud
[100%] Built target preview_pointcloud
== Build success
== Run /home/pi/Arducam_tof_camera/build/open3d_preview/preview_pointcloud

深度图像

在深度图像中，物体的距离用颜色表示。

最大范围的默认值为 4,000/6,000。

对比三张并排图像（分别为 1,378、2,082 和 4,000），我们可以发现，最大值越高，红色调越多，而值越低，黑色和蓝色调越多。
将一只手放在眼前，当最大范围为 4000 时，距离透视不是那么清晰，但当最大范围为 1378 左右时，前后的颜色差异就清晰可见了。透视就是这么简单。

观看滑动条的操作视频。

另外，你能从视频中看到手由近到远的颜色变化吗？

ToF 相机的工业应用

ToF 相机可在中近距离空间提供低功耗和实时深度测量。

在工业应用中，它适用于 “希望轻松获取 3D 信息的场所”。

例如，可以假设以下情况

• 确定输送线（传送带）上的物体（有无和位置）
• 简单的对象-对象对齐
• 简单的库存控制（如空货架检测）
• AGV 和机器人避障
• 监测人与人之间的距离，以了解何时人多拥挤

它适用于需要节省空间、低成本和易于集成的设施和设备。

与传统相机（RGB）不同的是，人体检测是基于距离信息（颜色）而不是脸部或衣服，因此可以轻松确定人数和位置，同时保持隐私。

虽然激光雷达在大范围、高精度测量方面具有优势，但作为一种可集成到野外设备中的实用传感器，简单的 ToF 相机也是一种可行的选择。