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环境光强度#

本主题描述了如何确定 Basler blaze-101 环境光的强度。

哪种类型的环境光有问题?#

blaze-101 相机发出不可见的红外光 (940 nm)。相机的图像传感器会检测到 920–970 nm 范围内的不可见红外光,并且会干扰相机自身的光源,从而影响最终的测量结果。因此,可以将其视为干扰的主要原因。在这方面,其他波长的光的影响可以忽略不计。

辐照度与照度#

由于相机主要易受不可见红外光的影响,因此根据辐照度(适合于不可见光的辐射量)来指定环境光的强度。辐照度以 W/m² 为单位。它是指单位面积上表面接收的光的辐射通量(功率)。

与此相反,可见光的感知亮度通常表示为照度。这是一个光度量,指的是光对人眼的感知亮度。照度以勒克斯 (lx) 为单位。

没有普遍有效的方法可以从辐照度值中得出照度值。这是因为不同光源的红外部分可能会发生很大变化,因此,每个光源的光谱都必须单独考虑。

比较示例方案#

为了提供一些指导,Basler 研究了三种不同的情况,以显示辐照度与不同光源的照度值之间的关系。应用了以下条件:

  • blaze 相机的辐照度限制为 12.8 W/m²(由在这些测试条件下的 Basler 确定)。
  • 选择典型光源(例如日光或卤素灯)的总光谱辐照度时,应使相机的图像传感器记录的辐照度等于相机的辐照度限制 12.8 W/m²。

然后考虑光源的光谱和发光效率函数,计算在这些条件下可见光范围内的照度。还包括图像传感器的量子效率,相机带通滤波器的传递函数(通带和阻带)以及其他一些与相机相关的属性。

下表列出了结果:

场景 环境光强度的辐射限制
(最大辐照度 @ 920–970 nm)
环境光强度的光度限制
(最大照度,近似值)
阳光a 12.8 W/m² ~60 klux
白炽灯 (3200 K)b 12.8 W/m² ~8 klux
在 920–970 nm 之间没有近红外发射的人造光源(例如可见光 LED,荧光灯等) 12.8 W/m² 没有实际限制

  1. 北半球阳光明媚的一天,天空湛蓝:夏至日;太阳时 12:00:00;纬度 53.692540;经度 10.266444;目标倾斜 90°(垂直于地面);目标方位角 180°(朝南);表面反照率 0.2;相机正对目标

  2. 3200 K 色温的钨卤素灯

环境光的影响#

环境光对相机图像质量的影响在深度图或点云中最为明显。在强环境光在 920–970 nm 范围内的场景中,深度噪声会增加,从而降低了深度测量的精度。

如果环境光相对较弱(辐照度高达 5 W/m²),则噪声的增加将保持在大约 2 倍以下。在强环境光下,接近日光强度的指定限制(辐照度 12.8 W/m²),噪声将增加 7 倍。如果环境光的辐照度进一步增加到超出此限制,则相机的图像传感器就会饱和。发生这种情况时,强度图像将显示为白色,并且不再可能进行深度测量。

信息

在相机的强度图像中看不到环境光。这意味着环境光的变化无法观察到亮度的变化,而只能观察到图像噪声的变化。因此,从曝光良好的图像到过饱和图像的过渡可能看起来非常突然。

确定相机的辐照度限制#

在以下条件下测试了相机:

  • 平面白色目标,反射率 90%
  • 940 nm LED 照明目标
  • 目标和相机之间的距离为 6 m
  • Exposure 时间为 250 µs

测试设置#

照相机直接对准 6 m 处白色平面目标。为了模拟环境光,可以使用与相机波长相同的附加光源照亮目标。目标上的发光度增加到相机仍可提供不会过曝的可用图像。测量照度并基于相机图像确定噪声的增加率。

环境光强度测试设置

测试结果#

对于 920–970 nm 之间的环境光源,相机在 12.8 W/m² 的环境照度下仍可以提供可用图像。图像噪声增加了 7 倍。