影響因素#

本主題說明影響 ToF 距離測量的各項因素。

環境光#

由於 ToF 距離測量依賴相機發出的光線反射，因此任何額外光線（例如人工光源或陽光）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耗盡，則留給預期光脈衝反射的空間就會減少，從而導致信噪比下降。

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）的光線穿透至感光元件。您應避免在相機附近使用任何會發出該光譜光線的人工光源，因為這會導致所獲取影像中出現噪點。同理，同時操作另一台 blaze 相機也會造成乾擾。有關如何避免此情況的措施，請參閱使用多台相機。

由於陽光在 940 nm 光譜中的強度不高，因此它是一個較小的問題。

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 相機時採取了嚴格的措施（例如為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。

散射光也可能是由光源附近的明亮表面和物件所引起的。這些表面和物件甚至不需要位於相機的直接視野內就會造成問題。只需將相機放置在桌面中央，相機的光線就可能會被桌面直接反射回鏡頭中，從而扭曲距離測量。下圖說明了這些效應。

為了對抗散射光的影響，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顯著影響。這需要考慮以下幾個方面：

• 相機需要穩定的溫度。
  測量準確度會隨著溫度的變化而波動，即使整體溫度在允許的溫度範圍內也是如此。為了獲得最佳結果，應保持溫度穩定。最佳溫度為 22 °C。有關如何達到此目標的建議，請參閱提供散熱 (blaze)。
• 相機需要預熱時間。
  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，請在開始獲取影像前等待 20 分鐘。
• 請遵守相機型號主題的「環境要求」部分中指定的運行溫度範圍。
  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 功能可用於抵消溫度對量測準確度的影響。

多重反射（多路徑）#

為了進行準確的距離量測，只有反射 一次 的光線才能提供可靠的資料。任何經由相機視野中的其他物件或整體環境反射多次的光線，都可能會使量測結果失真。凹形形狀（例如房間角落或咖啡杯內部）特別會造成問題，因為光脈衝可以在不同表面之間來回反彈，從而增加感測器接收到該脈衝所需的時間。

鏡面和高反射率表面（例如上漆的桌面）也會導致多重反射，甚至完全偏轉光脈衝。下圖說明了這些效應。

如需如何妥善規劃相機設定以避免多重反射的提示，請參閱 Hardware Installation (blaze)。

目標物件的反射率#

目標物件的反射率也會影響量測的準確度。需要考慮兩個面向：

• 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。與下方所述的鏡面反射相比，這種反射是比較理想的，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
  這發生在光澤物件（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，該定律規定特定方向的入射光將反射到一個出射方向，且入射光脈衝和出射光脈衝與物件表面垂直線的角度相等。這意味著反射光脈衝的路徑將與相機發出的光脈衝路徑不同，這可能會導致 multiple reflections。

另一種風險是反射光直接擊中感測器，這種情況發生在光脈衝垂直擊中物件表面時。這可能會導致像素被單個光脈衝的能量飽和。

基於上述原因，對光澤或透明材料進行準確的距離量測是很困難的。

目標物件顏色#

明亮的物件可提供更好的結果，因為一般而言，它們能夠反射更多的光；而對於深色物件，則會吸收一定量的光，因此這些光不會返回感測器。

另一個需要考慮的面向是物件與感測器的距離。雖然明亮的物件通常會產生更準確的結果，但如果將它們放置在靠近感測器的地方，它們會反射回太多的光而導致過度飽和。一旦像素過度飽和，它們就不再有助於距離量測。因此，量測 Quality 會下降。

您還需要注意，相機使用的是近紅外光，而且很難預測物件實際上是否能充分反射近紅外光。因此，上述區分僅能作為一般經驗法則。

強度的影像可以協助您評估量測的準確度。在強度的影像中照明良好且未發生欠曝或過曝的物件，將會產生準確的量測結果。

無模糊度#

之所以會產生模糊不清的問題，是因為光線可以傳播超出相機指定範圍的距離，而相機將此空間視為未定義區域。其影響是，在非模糊範圍的結尾處，新的量測間隔會從 0 m 重新開始。由於光脈衝的計時模式，這是相機固有的特性。

這意味著範圍之外的物件也會將光線反射回相機。為了處理這種情況，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 下操作 blaze 相機時，非模糊範圍為 0–30 m。在 30 m 之外，沒有太多的光線會被反射回相機。因此，模糊不清並不是太大的問題。

然而，如果您使用的是 Fast Mode，則 Short Range 的非模糊範圍為 0–1.5 m，Long Range 的非模糊範圍為 0–10 m。這意味著只有在這些範圍內量測到的物件距離，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：

超出範圍 1 m 的物件將會出現在非模糊範圍內 1 m 處。換句話說，在 Long Range 中，如果物件距離相機 11 m，則其量測距離會被視為 1 m。

下圖說明了這點。