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、極具性價比優(yōu)勢的TOF深度相機(jī)得到了越來越多的行業(yè)關(guān)注，在工業(yè)和消費(fèi)電子領(lǐng)域針對整個場景的多點3D視覺、3D建模輔助、3D深度感知等場景，應(yīng)用需求日益增加。ToF深度相機(jī)是一種主動成像的方式，即相機(jī)系統(tǒng)向目標(biāo)發(fā)射激光，通過接收端傳感器感知到目標(biāo)反射光的時間，從而計算出目標(biāo)與相機(jī)之間的距離。TOF深度相機(jī)技術(shù)是通過一次性成像來提供完整場景深度圖，無掃描器件，成像速度快，計算負(fù)荷低，不論對于移動中的物體，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，不論對于低反射率還是高反射率的物體，都有機(jī)會獲取到較為理想的深度數(shù)據(jù)。鑒于上述優(yōu)點ToF相機(jī)已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于3D檢測與識別、AGV避障、機(jī)械手抓取、體積測量等工業(yè)場景中。圖1ToF相機(jī)原理圖示本文重點介紹在復(fù)雜環(huán)境中，當(dāng)同時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，如何通過技術(shù)手段提升ToF相機(jī)的檢測精度。首先，從ToF相機(jī)的檢測原理來理解這個問題，當(dāng)采用固定曝光時間模式時，相機(jī)在同時拍攝高反射率與低反射率物體時，較難將曝光時間調(diào)到一個均衡的位置，可同時準(zhǔn)確地捕捉到高反射率與低反射率物體的深度圖像；當(dāng)我們增加曝光時間時，利于黑色物體的識別，但近距離區(qū)域容易出現(xiàn)過曝的現(xiàn)象；而降低曝光時間時，對于低反射率物體的識別又會存在點云缺失的現(xiàn)象。為了解決這個問題，維感科技在ToF相機(jī)曝光時間方面增加了HDR高動態(tài)范圍模式：即通過設(shè)置多個不同曝光時間的方式，將采集到的多個圖像合成到一幀中，完成對整個復(fù)雜場景的成像。在針對距離較近易過曝的區(qū)域與高反射率物體時，利用短曝光時間進(jìn)行成像；在針對低反射率的物體時，利用長曝光時間進(jìn)行成像，最終將不同曝光時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ToF相機(jī)深度檢測數(shù)據(jù)的影響。圖2HDR模式下，針對不同曝光時間的距離測量判斷圖示下面將通過兩個實例解釋ToF相機(jī)如何通過開啟HDR功能來改善對復(fù)雜場景中同時存在高低反射率物體時的拍攝效果。實例一拍攝下述雜亂物體圖3被拍攝的雜亂復(fù)雜物體未開啟HDR模式單一低曝光時間的情況下，低反射率的黑色膠皮線點云數(shù)據(jù)缺失；圖4未開啟HDR模式，使用單一低曝光時間時，雜亂復(fù)雜物體的成像效果單一高曝光時間的情況下，高反射率的泡沫包裹和白色紙箱點云數(shù)據(jù)缺失；圖5未開啟HDR模式時，使用單一高曝光時間，雜亂復(fù)雜物體的成像效果開啟HDR模式后ToF相機(jī)首先使用高曝光時間對低反射率的物體進(jìn)行成像，對于高曝光時間下過曝的區(qū)域，使用低曝光時間進(jìn)行成像，最終將不同曝光時間下取得的圖像合成到一幀中，即可得到HDR模式開啟下的圖像，可以看到點云數(shù)據(jù)缺失的問題得到了明顯改善。圖6開啟HDR模式時，雜亂復(fù)雜物體的成像效果實例二拍攝轎車車輪圖7被拍攝的車輪未開啟HDR模式單一低曝光時間的情況下，低反射率的黑色輪胎點云數(shù)據(jù)缺失；圖8未開啟HDR模式，使用單一低曝光時間時，車輪成像效果單一高曝光時間的情況下，高反射率的金屬輪轂出現(xiàn)了過曝現(xiàn)象，點云數(shù)據(jù)缺失。圖9未開啟HDR模式，使用單一高曝光時間時，車輪成像效果開啟HDR模式后開啟HDR模式后，點云數(shù)據(jù)缺失的問題得到了明顯改善，無論低反射率的黑色輪胎，還是高反射率的金屬輪轂的點云數(shù)據(jù)都是較為完整準(zhǔn)確的。圖10開啟HDR模式時，轎車車輪的成像效果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)類機(jī)器人方面的應(yīng)用。維感科技是國內(nèi)從事工業(yè)級ToF相機(jī)的廠商，已推出多款產(chǎn)品，具