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                  你真的會用TOF相機嗎?
                1. 發布日期:2019-04-25      瀏覽次數:635
                  • 猶如單反相機需要解決很多問題才能在特定的場景下用好。TOF相機作為專業的測距儀器,也需要掌握很多技巧才能充分發揮其能力,能解決下面幾個問題才算是勉強入門。
                     

                           近年來,三維視覺成像越來越多的應用于醫學仿真,無人駕駛和目標跟蹤等領域。激光雷達因為具有高精度、測距范圍遠的優勢,在無人駕駛技術出現之后,更是直接驅動一批公司進行各種各樣的激光雷達研發和生產。然而目前普遍存在激光雷達技術落地成本高昂,反饋幀率較低的問題,導致部分應用都還處于實驗室階段。室內移動機器人由于運行速度和所處場景與室外無人駕駛汽車不同,通常需要較高幀率和更高分辨率的激光雷達。因為多線激光雷達的成本原因,目前大多數室內移動機器人采用單線激光雷達用于定位、導航、避障等等,但是由于天然的缺陷,單線激光雷達無法構建完備的深度場景。

                           因此,另一種直接進行深度成像的相機,包括雙目、結構光、光飛行時間等等成了更多項目的硬需求。

                           光飛行時間法(TOF)深度相機是通過測量光從發出到經過物體反射回相機的時間來測量物體到相機的間距。TOF相機采用直接的測量手段進行深度成像,以小的計算資源獲得較佳的深度信息,以較高的幀率實現深度場景的構建。TOF深度相機按照其基本原理,和激光雷達一樣,也可分為脈沖TOF(P_TOF)和連續波調制TOF(CVM_TOF)。P_TOF發射光脈沖(一般為不可見光)到被觀測物體上,然后接收從物體反射回來的光脈沖,通過探測光脈沖的飛行(往返)時間來計算被測物體離相機的距離;CVM_TOF發出的是一束調制的連續光,通過測量光返回和傳輸的相位差反推光飛行時間進行測距的。倘若想獲得準確的深度測量數據至少需要解決以下幾個問題。
                     

                    一、相機精度不夠,真的只是廠家的原因嗎?

                     

                    簡單的辦法是增加積分時間或進行多次測量,再不行就加濾波。
                    我們說的精度其實通常是指單點波動,1-σ,TOF相機作為一種光電測量工具其精度免不了受AD轉化、信噪比、系統噪聲等影響。下面這張圖描述了測量精度與信號強度的關系。

                    TOF測距需要把光電模擬信號轉換成數字信號進行處理,ADC過程中,模擬信號相當于在小分辨力上進行了取整處理,這個過程必然會引入一部分噪聲。1.1V的模擬信號可能只能識別成1V的信號,誤差10%,模擬量10.1V的信號經過AD之后可能只能識別成10V的信號,誤差1%,100.1V的信號識別成100V,誤差1‰。所以AD轉化過程在信號強度比較低的時候尤其會引入噪聲和誤差。另外,TOF相機的信噪比SNR通常與積分時間t的關系為SNR∝1/ √t,所以增加積分時間,提高信號強度或許是一個有效的解決辦法。

                    而對于系統引入的噪聲,也不是沒有一點辦法,可以從電源供電優化等角度降低,但優化的空間較小。簡單來說,信號強度越大測距精度越高(當然過曝除外),那么想要獲得較高的測距精度,首先就從信號強度下手。

                    同樣的道理,系統的噪聲在多次測量過程中會被平均掉,同樣也會對提高相機的測距精度有幫助。
                     

                    二、測量準度不夠,什么原因?

                    可以自己標定哈。
                    對于傳感器如果測量值與實際值之間存在固定的偏差時,通常的做法就是重新標定,在測量值和實際值之間建立映射關系。對TOF相機而言可以把相機固定在導軌上,對著一堵白墻測距,把每一個像素點的測量值和白墻成像區域與相機之間的距離建立起對應關系,再根據這種對應關系,在測量值上進行修正就可以獲得較為準確的距離值。


                    如果這還不能解決,看看相機安裝是否有問題。
                    TOF相機是一種主動測距方式,測量的準度受很多因素干擾,其中安裝不合適的話有可能會引入多路徑等問題,導致測距準度失真。

                    尤其是當相機安裝在高反射率物體旁邊測量低反射率目標物體時會表現的尤為突出。本來可能理想情況是按照藍色路徑進行測距,但是墻面反射的光也會傳播到目標物體上再經過反射回到相機(綠色光路),甚至相機的照明光將旁邊的高反射率物體照亮直接進入相機(紅色路徑),由于光學系統的不,形成眩光,干擾測距。

                    三、對運動物體檢測效果不好,什么辦?

                    提高幀率。
                    測量高速運動的物體當然就得用高速相機了,但是通常的TOF相機的全像素送圖模式下的幀率不能達到很高,一般45FPS以下,這時候還有一個辦法提高幀率——減小數據量,減小數據傳輸和AD轉化的時間,提高幀率,可以只將感興趣的區域送出,也可以對原始的圖像進行像素模擬信號合并或者降采樣。

                     

                    四、太陽光干擾就真的沒辦法解決了嗎?

                    減小陽光干擾或者增加光信號強度。

                    太陽光干擾的情況下,直接的就想辦法減小太陽光的強度。一方面加鏡頭遮光罩,避免太陽光直接入射到鏡頭產生眩光,影響測距。另一方面減小積分時間同時增加光功率,許多TOF相機外置曝光觸發,這時候可以將這些曝光觸發接口利用起來,配上功率較大的照明系統就能很好的解決。另外,因為太陽光的光譜很寬,而實際TOF使用的照明系統的光源通常是LED或者LD,他們的光譜寬度通常都不寬,LED一般50nm,而LD只有10nm以內,因此如果廠家提供的鏡頭沒有加濾光片,用戶可以自己根據需要加一個濾光片以過濾太陽光中絕大部分干擾光。
                     

                    五、量程不夠怎么辦?

                    HDR,高動態范圍測量,長短時間曝光的數據進行融合。
                    短積分時間測量較近的區域,長積分時間測量較遠的區域,在整合較遠和較近的測量空間,就可以既對近處的物體測距也可以對遠處的物體進行測量。

                    看完了這些你覺得你會TOF相機了嗎?其實很多時候我們說TOF各種各樣的問題,實際上是使用的方法不完全正確罷了。好比單反,按快門很簡單,但是加不加濾鏡,光圈和曝光選擇,焦距調節,構圖等等學問多著呢。TOF相機,作為一種專業的成像儀器,其性能能否充分發揮很大程度上取決于用戶的操作技能??赐炅粟s緊去試試吧。

                     

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