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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#

The effects of ambient light on the camera's image quality are most pronounced in the depth map or point cloud. In scenes with strong ambient light in the 920–970 nm range, the depth noise increases, thus reducing the precision of the depth measurement.

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。

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