Influencing Factors#

本主題說明影響ToF 距離測量結果的各項因素。

環境光#

由於ToF 的距離測量是基於相機發出的光線被反射的原理，因此任何額外光源（例如人工光源或陽光）都可能影響測量結果。

雖然相機能夠測量環境光，並將其從像素接收的總光能中扣除，但相機在補償環境光方面的能力仍存在極限。原因在於，每個像素只能接受一定量的電荷。若此容量已被環境光佔用，則可供目標光脈衝反射的空間便會減少，進而導致信噪比下降。

為減輕環境光的影響，Blaze 相機配備了光學帶通濾光片。此濾光片僅允許與相機光源（940 nm）光譜相同的光線透過並傳至感測器。您應避免在相機附近有任何發出該光譜範圍光線的人工光源，否則將導致擷取的影像出現雜訊。同樣地，同時運作另一台 Blaze 相機也會造成干擾。 有關避免此情況的措施，請參閱《多台攝影機的運作》。

陽光並非大問題，因為在 940 奈米波長範圍內，陽光的強度並不高。

有關如何最佳規劃攝影機設置以避免過曝的訣竅，請參閱《硬體安裝》（blaze）。

散射光#

相機鏡頭內部或後方的反射，可能會產生散射光。儘管在製造 Blaze 相機時已極為謹慎，例如在內部元件上使用特殊的抗反射鍍膜，但仍無法完全消除這些反射。

散射光也源自光源附近明亮的表面與物體。這些表面與物體甚至無需位於相機的直接視野範圍內，便會造成問題。只要將相機放置在桌面的正中央，來自相機的光線便可能被桌面直接反射回鏡頭，從而導致距離測量出現偏差。下圖說明了這些現象。

為消除散射光的影響，Basler 採取了以下措施：

• 仔細挑選鏡頭
• 光源的光圈有限

有關如何最佳規劃相機設置以避免產生散射光的訣竅，請參閱《硬體安裝》（blaze）。

溫度#

溫度會對距離測量的準確性產生顯著影響。在此方面有幾個層面需要考慮：

• 相機需要穩定的溫度。
  即使整體溫度在允許範圍內，測量精度仍會隨溫度變化而波動。為獲得最佳結果，應保持溫度穩定。最佳溫度為 22 °C。有關如何達成此目標的建議，請參閱「提供散熱（blaze）」。
• 相機需要預熱時間。
  相機約需 20 分鐘才能達到穩定的運作溫度。由於穩定的溫度是精準測量的先決條件，請在開始拍攝前預留 20 分鐘。
• 請遵守您所使用相機型號說明中「環境要求」章節所指定的運作溫度範圍。
  當外殼溫度超過 50 °C 時，將無法保證相機能可靠運作；當外殼溫度低於 0 °C 時，相機將無法啟動。
  Blaze 系列相機配備了過熱保護機制。

此相機的 Thermal Drift Correction 功能可用於抵消溫度對測量精度的影響。

多重反射（多徑）#

要獲得精確的距離測量，只有經過單次反射的光線才能提供可靠的數據。任何被相機視野範圍內的其他物體或周遭環境多次反射的光線，都可能導致測量結果失準。凹面結構（例如房間的角落或咖啡杯內壁）尤其棘手，因為光脈衝會在不同表面之間來回反射，從而延長光脈衝被感測器接收所需的時間。

鏡子及高反射表面（例如：烤漆桌板）也可能導致多重反射，甚至會將光脈衝完全偏轉。下圖說明了這些現象。

有關如何最佳規劃相機設置以避免多重反射的建議，請參閱《硬體安裝》（blaze）。

目標物體的反射率#

目標物體的反射率也會影響測量的準確度。需考慮以下兩個方面：

• 反射類型取決於目標物體的表面品質
• 目標物體顏色

反射類型#

可能會出現兩種反思：

• 漫反射
  這種現象發生在啞光物體上（例如木材或紙張）。其反射率均勻，這意味著光脈衝在所有角度下都會被均勻地反射。與下文所述的鏡面反射相比，這種反射更為理想，因為反射回感測器的光強度不會受到角度的影響。
• 鏡面反射
  這種現象發生於光亮的物體（例如拋光金屬，或在極端情況下如鏡子）以及透明材料中。 反射將遵循反射定律，該定律指出：來自特定方向的入射光將被反射至某個出射方向，且入射光脈衝與出射光脈衝皆與物體表面的垂線成等角。這意味著反射光脈衝將沿著與相機發出的光脈衝不同的路徑傳播，進而可能導致多重反射。

另一項危險在於，當光脈衝正對物體表面的垂直方向時，反射光會直接照射到感測器上。這可能會導致像素因單一光脈衝的能量而產生飽和現象。

基於上述原因，要精確測量光面或透明材料的距離相當困難。

目標物體顏色#

明亮的物體能提供更好的成像效果，因為一般來說，它們能夠反射更多光線；反之，深色的物體會吸收一定量的光線，導致這些光線無法反射回感測器。

另一個需要考慮的因素是物體與感測器之間的距離。雖然明亮的物體通常能提供更精確的測量結果，但如果將它們置於感測器附近，它們會反射過多的光線，導致過飽和現象。一旦像素發生過飽和，便無法再參與距離測量。因此，測量品質會隨之下降。

您還需注意，這台相機是利用近紅外線運作的，因此很難預測某個物體是否確實能充分反射近紅外線。因此，上述區分僅能作為一般性的經驗法則。

強度影像可協助您評估測量結果的準確性。在強度影像中，若物體受光良好且未出現飽和不足或飽和過度的情況，便能產生準確的測量結果。

無歧義性#

產生歧義的問題，是因為光線的傳播距離可能超出相機的指定範圍，而相機會將此範圍視為未定義區域。其結果是，在無歧義範圍的盡頭，新的測量區間會再次從 0 公尺開始。這是由於光脈衝的時序模式所致，屬於相機的固有特性。

這意味著範圍外的物體也會將光線反射回相機。為了解決這個問題，相機會將測量結果「折返」至無歧義範圍內。

當您在標準操作模式之一下操作 Blaze 攝影機時，無歧義範圍為 0–30 公尺。超過 30 公尺後，反射回攝影機的光線將所剩無幾。因此，歧義問題並不太嚴重。

如果您使用的是 Fast Mode，則在Short Range 中，無歧義範圍為 0–1.5 公尺，而在Long Range 中則為 0–10 公尺。這表示只有測量範圍內物體的距離，才能反映該物體的真實距離。

為了更清楚地理解這個問題，請參考以下範例：

位於範圍外 1 公尺處的物體，將在無歧義範圍內顯示為 1 公尺。換言之，在Long Range 中，若某物體距離攝影機 11 公尺，其距離將被測量為 1 公尺。

下圖說明了這一點。