適用於 Stereo mini 相機的光學濾光片#
更具體而言，本研究探討了不同類型濾鏡的光學特性，並透過選用適當的光學濾鏡，優化相機在嚴苛光照條件下的表現。測試影像中展現了影像品質的提升。
簡介#
Stereo mini 攝影機的性能與立體影像對的品質直接相關。因此，在某些情境下，使用額外的光學元件來提升立體攝影機的成像品質，進而改善深度感知性能，將能帶來顯著效益。本文主要聚焦於光學濾鏡，若能適當應用，可避免嚴重的成像問題，且通常以可負擔的成本即可取得。
什麼是光學濾鏡？#
光學濾光片是一種專門設計用以選擇性地傳輸或阻擋特定波長光線的光學元件。它們通常由特定材料製成，或鍍有薄膜以達到所需的光學特性，也就是說，它們是用來控制光在光學系統中的傳播。
光學濾鏡的種類#
中性密度濾鏡#
這些濾光片旨在降低入射光的強度。這種濾光作用是非選擇性的，也就是說，它會均等地降低所有波長的光強度，從而降低透射光的強度，同時不影響光的光譜分布。在攝影領域中，它們通常用於防止高動態範圍影像出現飽和現象；在雷射應用中，則通常用於控制雷射功率。
寬頻濾波器#
這些濾光片能選擇性地傳輸特定波長範圍的光，同時阻擋其他波長。它們可分為短波通濾光片、帶通濾光片和長波通濾光片，每種濾光片皆允許特定波長範圍的光通過，同時衰減其他波長。根據目標光譜範圍所需的透射特性，會選用不同的帶通濾光片。下圖說明了不同類型帶通濾光片的光譜分布曲線。
帶通濾波器#
此濾光片會選擇特定的波長範圍讓其通過，同時衰減通帶以外的波長。下圖顯示了一個範例。
短波通濾波器#
此濾光片允許波長短於所選波長的光線通過，同時阻擋波長長於該波長的光線。常見的例子包括可見光通濾光片，如下圖所示。
長通濾波器#
此濾光片可讓波長長於選定值的光線通過，同時阻擋波長短於選定值的光線。典型的例子包括具有可見光截止功能的紅外線通濾光片。下圖展示了一個範例。
帶阻濾波器#
此濾光片僅阻隔特定波長範圍的光線，本質上與帶通濾光片恰好相反。它通常用於消除特定波長的光線，並在螢光顯微鏡成像等科學應用中扮演重要角色。
偏光濾鏡#
此類濾光片用於調整入射光的偏振狀態。常見的偏振光類型包括線性偏振光、圓偏振光及橢圓偏振光。此類濾光片應用於雷射偏振成像、液晶顯示器及太陽眼鏡等領域。
Stereo mini 相機面臨的挑戰#
對環境光的敏感度#
立體視覺通常是在環境自然光下擷取影像對。然而，左右兩台相機之間的光強度與入射光角度差異，可能會導致立體影像對中的左右兩張影像亮度出現顯著差異，進而造成演算法配對效果急遽下降。
在單調且缺乏紋理的場景中表現不佳#
立體視覺仰賴視覺特徵來進行影像配對。因此，缺乏視覺特徵的場景（例如天空或白色牆壁）可能會造成配對困難，進而導致嚴重的配對失敗，甚至產生錯誤。加入雷射斑點投影可增強低紋理場景中的特徵。然而，在某些情況下，環境光可能會降低雷射斑點的對比度，甚至遮蔽其灰階資訊。
使用篩選器#
過濾環境光#
室內場景中的環境光大多由可見光組成，其光譜主要集中在 400 至 600 奈米範圍內。 對於Stereo mini 相機而言，高亮度區域或高反光物體可能會因環境光過強而導致深度計算不準確。添加紅外線通濾光片可有效抑制環境光造成的過曝區域，確保深度計算的準確性。以下圖片展示了添加紅外線通濾光片前後的對比。透過添加濾光片，地面的深度表現已顯著提升。
提升斑點訊號雜訊比（SNR）#
Stereo mini 相機中雷射斑點的信噪比（SNR）對成像品質影響甚鉅。環境光會為雷射斑點引入背景雜訊，導致信噪比變差，甚至使斑點亮度被掩蓋。透過添加紅外線通濾光片來消除可見光，可有效提升斑點的信噪比，特別是在紋理較少的場景中，從而提升成像品質。 以下圖片展示了加裝紅外線通濾光片前後的對比。透過加裝濾光片，光管與推車的深度表現已顯著提升。
