Influencing Factors#

本主題說明影響 ToF 距離測量的各種因素。

環境光#

由於 ToF 距離測量依賴相機發出之光的反射，任何額外光線（例如人造光源或陽光）都可能會影響測量結果。

雖然相機能夠測量環境光並將其從像素接收到的總光能中減去，但相機補償環境光的能力是有限的。原因在於像素只能接受一定量的電荷。如果此容量被環境光用盡，則可用於預期光脈衝反射的空間就會減少，因此，訊雜比將會下降。

為了減輕環境光的影響，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相同光譜（940 nm）的光線穿透至感測器。您應避免在相機附近使用任何會發出該光譜光線的人造光源，因為這會導致所擷取的影像產生雜訊。同樣地，同時操作另一台 blaze 相機也會造成干擾。有關如何避免此情況的措施，請參閱使用多台相機。

陽光是一個較小的问题，因為它在 940 nm 光譜中的強度不高。

有關如何最佳規劃相機設置以避免過度曝光的提示，請參閱硬體安裝 (blaze)。

散射光#

相機鏡頭內部或其後方的反射可能會產生散射光。儘管在製造 blaze 相機時採取了嚴格謹慎的措施（例如對內部組件使用特殊的防反光塗層），但仍無法完全消除這些反射。

散射光也可能由光源周圍的明亮表面和物體引起。這些表面和物體甚至不需要位於相機的直接視場內就會引起問題。只需將相機放置在桌子中央，相機發出的光就可能會被桌面直接反射回鏡頭中，進而扭曲距離測量。以下圖示說明了這些效應。

為對抗散射光的影響，Basler 採取了以下措施：

• 仔細選擇鏡頭
• 限制光源的光圈

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

溫度#

溫度對距離測量的準確性有重大影響。對此需要考慮以下不同方面：

• 相機需要穩定的溫度。
  測量準確度會隨溫度變化而波動，即使整體溫度在允許的溫度範圍內亦然。為了獲得最佳可能結果，應保持溫度穩定。最佳溫度為 22 °C。有關如何實現此目標的建議，請參閱提供散熱 (blaze)。
• 相機需要暖機時間。
  相機需要大約 20 分鐘才能達到穩定的工作溫度。由於穩定的溫度是進行準確測量的先決條件，請在開始擷取影像前等待 20 分鐘。
• 請遵守相機型號主題「環境要求」章節中指定的工作溫度範圍。
  當外殼溫度高於 50 °C 時，無法再保證相機可靠運行。當外殼溫度低於 0 °C 時，相機將無法啟動。
  blaze 相機配備了過溫保護機制。

相機的 Thermal Drift Correction 功能可用於減少溫度對測量精度的影響。

多重反射（多路徑）#

為了進行準確的距離測量，只有反射 一次 的光線才能提供可靠的資料。任何經過相機視場中其他物件或整體環境多次反射的光線，都可能會使測量結果失真。凹形形狀（例如房間角落或咖啡杯內部）特別會造成問題，因為光脈衝會在不同的表面之間來回反彈，從而增加感測器接收到光脈衝的時間。

鏡子和高反射表面（例如上漆的桌面）也可能導致多次反射，甚至完全偏折光脈衝。下圖說明了這些效應。

有關如何最佳規劃相機設置以避免多次反射的提示，請參閱 Hardware Installation (blaze)。

目標物體的反射率#

目標物件的反射率也會影響測量的準確性。需要考慮兩個方面：

• 由目標物件的表面 Quality 決定的反射類型
• 目標物件顏色

反射類型#

可能會發生兩種反射：

• 漫反射
  這發生在霧面物件（例如木材或紙張）上。反射率是均勻的，這意味著光脈衝在所有角度下的反射都是相同的。與下方描述的鏡面反射相比，這種反射較為理想，因為反射回感測器的光線強度不會受到角度的影響。
• 鏡面反射
  這發生在光滑物件（例如拋光金屬，或在極端情況下為鏡子）以及透明材料上。反射將根據反射定律發生，該定律指出某個方向的入射光將被反射到一個出射方向，且入射和出射光脈衝與物件表面的垂直線成相等角度。這意味著反射光脈衝的路徑將不同於相機發出的光脈衝路徑，這可能會導致 multiple reflections。

另一個危險是反射光直接擊中感測器，這會在光脈衝擊中物件表面的垂直線時發生。這可能導致像素因單一光脈衝的能量而過飽和。

基於上述原因，對光滑或透明材料進行準確的距離測量是很困難的。

目標物體顏色#

明亮的物件能提供更好的結果，因為一般來說，它們能夠反射更多的光，而對於暗色物件，一定量的光會被吸收，因此不會返回感測器。

另一個需要考慮的方面是物件距離感測器的距離。雖然明亮的物件通常會產生更準確的結果，但如果它們放置在靠近感測器的地方，它們會反射回太多的光，以至於發生過飽和。一旦像素過飽和，它們就不再對距離測量有貢獻。因此，測量 Quality 會下降。

您還需要注意，相機使用的是近紅外光，而且很難預測物件是否真的能很好地反射近紅外光。因此，上述區分只能作為一般的經驗法則。

intensity image 可以幫助您評估測量的準確性。在強度圖像中照明良好且未發生欠飽和或過飽和的物件，將會產生準確的測量結果。

無歧義#

會產生模糊問題，是因為光線可以傳播到相機指定範圍之外，而相機將此空間視為未定義區域。其影響是，在非模糊範圍的結束處，新的測量區間會從 0 m 重新開始。由於光脈衝的時間圖樣，這是相機固有的特性。

這意味著範圍之外的物件也會將光反射回相機。為了解決這個問題，相機將結果「折返」到非模糊範圍內。

當您在其中一個標準 Operating Mode 下運行 blaze 相機時，非模糊範圍為 0–30 m。在 30 m 之外，沒有太多的光會被反射回相機。因此，模糊性並不是太大的問題。

然而，如果您使用的是 Fast Mode，則在 Short Range 下非模糊範圍為 0–1.5 m，在 Long Range 下則為 0–10 m。這意味著只有在這些範圍內測量的物件距離才能反映物件的真實距離。

為了更好地理解這個問題，請考慮以下範例：

範圍外 1 m 處的物件將出現在非模糊範圍內 1 m 處。換句話說，在 Long Range 下，如果物件距離相機 11 m，其測量距離會被視為 1 m。

下圖說明了這一點。