一文了解ToF相機(jī)DS系列Depth HDR功能

ToF(Time-of-Flight)感知技術(shù)作為三維視覺(jué)成像領(lǐng)域主流技術(shù)之一，發(fā)展迅猛，伴隨著半導(dǎo)體元器件尺寸的不斷縮小，結(jié)構(gòu)緊湊、極具性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)的TOF深度相機(jī)得到了越來(lái)越多的行業(yè)關(guān)注，在工業(yè)和消費(fèi)電子領(lǐng)域針對(duì)整個(gè)場(chǎng)景的多點(diǎn)3D視覺(jué)、3D建模輔助、3D深度感知等場(chǎng)景，應(yīng)用需求日益增加。ToF深度相機(jī)是一種主動(dòng)成像的方式，即相機(jī)系統(tǒng)向目標(biāo)發(fā)射激光，通過(guò)接收端傳感器感知到目標(biāo)反射光的時(shí)間，從而計(jì)算出目標(biāo)與相機(jī)之間的距離。TOF深度相機(jī)技術(shù)是通過(guò)一次性成像來(lái)提供完整場(chǎng)景深度圖，無(wú)掃描器件，成像速度快，計(jì)算負(fù)荷低，不論對(duì)于移動(dòng)中的物體，還是靜態(tài)的物體，不論在黑暗環(huán)境中，還是在室外光照較強(qiáng)烈的環(huán)境中，不論對(duì)于低反射率還是高反射率的物體，都有機(jī)會(huì)獲取到較為理想的深度數(shù)據(jù)。鑒于上述優(yōu)點(diǎn)ToF相機(jī)已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于3D檢測(cè)與識(shí)別、AGV避障、機(jī)械手抓取、體積測(cè)量等工業(yè)場(chǎng)景中。圖1ToF相機(jī)原理圖示本文重點(diǎn)介紹在復(fù)雜環(huán)境中，當(dāng)同時(shí)存在高反光率物體如金屬件與低反光率如黑色表面物體時(shí)，如何通過(guò)技術(shù)手段提升ToF相機(jī)的檢測(cè)精度。首先，從ToF相機(jī)的檢測(cè)原理來(lái)理解這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)采用固定曝光時(shí)間模式時(shí)，相機(jī)在同時(shí)拍攝高反射率與低反射率物體時(shí)，較難將曝光時(shí)間調(diào)到一個(gè)均衡的位置，可同時(shí)準(zhǔn)確地捕捉到高反射率與低反射率物體的深度圖像；當(dāng)我們?cè)黾悠毓鈺r(shí)間時(shí)，利于黑色物體的識(shí)別，但近距離區(qū)域容易出現(xiàn)過(guò)曝的現(xiàn)象；而降低曝光時(shí)間時(shí)，對(duì)于低反射率物體的識(shí)別又會(huì)存在點(diǎn)云缺失的現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題，維感科技在ToF相機(jī)曝光時(shí)間方面增加了HDR高動(dòng)態(tài)范圍模式：即通過(guò)設(shè)置多個(gè)不同曝光時(shí)間的方式，將采集到的多個(gè)圖像合成到一幀中，完成對(duì)整個(gè)復(fù)雜場(chǎng)景的成像。在針對(duì)距離較近易過(guò)曝的區(qū)域與高反射率物體時(shí)，利用短曝光時(shí)間進(jìn)行成像；在針對(duì)低反射率的物體時(shí)，利用長(zhǎng)曝光時(shí)間進(jìn)行成像，最終將不同曝光時(shí)間下取得的圖像合成到一幀中，從而獲得更為精確的深度圖像，減少距離遠(yuǎn)近與物體反射率差異對(duì)ToF相機(jī)深度檢測(cè)數(shù)據(jù)的影響。圖2HDR模式下，針對(duì)不同曝光時(shí)間的距離測(cè)量判斷圖示下面將通過(guò)兩個(gè)實(shí)例解釋ToF相機(jī)如何通過(guò)開(kāi)啟HDR功能來(lái)改善對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景中同時(shí)存在高低反射率物體時(shí)的拍攝效果。實(shí)例一拍攝下述雜亂物體圖3被拍攝的雜亂復(fù)雜物體未開(kāi)啟HDR模式單一低曝光時(shí)間的情況下，低反射率的黑色膠皮線(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)缺失；圖4未開(kāi)啟HDR模式，使用單一低曝光時(shí)間時(shí)，雜亂復(fù)雜物體的成像效果單一高曝光時(shí)間的情況下，高反射率的泡沫包裹和白色紙箱點(diǎn)云數(shù)據(jù)缺失；圖5未開(kāi)啟HDR模式時(shí)，使用單一高曝光時(shí)間，雜亂復(fù)雜物體的成像效果開(kāi)啟HDR模式后ToF相機(jī)首先使用高曝光時(shí)間對(duì)低反射率的物體進(jìn)行成像，對(duì)于高曝光時(shí)間下過(guò)曝的區(qū)域，使用低曝光時(shí)間進(jìn)行成像，最終將不同曝光時(shí)間下取得的圖像合成到一幀中，即可得到HDR模式開(kāi)啟下的圖像，可以看到點(diǎn)云數(shù)據(jù)缺失的問(wèn)題得到了明顯改善。圖6開(kāi)啟HDR模式時(shí)，雜亂復(fù)雜物體的成像效果實(shí)例二拍攝轎車(chē)車(chē)輪圖7被拍攝的車(chē)輪未開(kāi)啟HDR模式單一低曝光時(shí)間的情況下，低反射率的黑色輪胎點(diǎn)云數(shù)據(jù)缺失；圖8未開(kāi)啟HDR模式，使用單一低曝光時(shí)間時(shí)，車(chē)輪成像效果單一高曝光時(shí)間的情況下，高反射率的金屬輪轂出現(xiàn)了過(guò)曝現(xiàn)象，點(diǎn)云數(shù)據(jù)缺失。圖9未開(kāi)啟HDR模式，使用單一高曝光時(shí)間時(shí)，車(chē)輪成像效果開(kāi)啟HDR模式后開(kāi)啟HDR模式后，點(diǎn)云數(shù)據(jù)缺失的問(wèn)題得到了明顯改善，無(wú)論低反射率的黑色輪胎，還是高反射率的金屬輪轂的點(diǎn)云數(shù)據(jù)都是較為完整準(zhǔn)確的。圖10開(kāi)啟HDR模式時(shí)，轎車(chē)車(chē)輪的成像效果ToF相機(jī)的HDR模式，在很大程度上拓展了其在工業(yè)領(lǐng)域與服務(wù)類(lèi)機(jī)器人方面的應(yīng)用。維感科技是國(guó)內(nèi)從事工業(yè)級(jí)ToF相機(jī)的廠(chǎng)商，已推出多款產(chǎn)品，具