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環境光に対する堅牢性#

このトピックでは、環境光に対するBasler blaze-101の堅牢性がどのように決定されているかについて説明します。

どのような種類の環境光が問題となるか?#

blaze-101カメラは目に見えない赤外線(940nm)を放出します。920~970nmの範囲の目に見えない赤外線は、カメラのイメージセンサーによって検出され、カメラ自体の光源に干渉するため、測定結果に影響を与えます。このため、障害の主な原因となると考えられます。この点では、他の波長の光の影響は無視できます。

放射照度と照度#

カメラは主に目に見えない赤外線の影響を受けやすいため、環境光に対する堅牢性は、放射照度、不可視光に適した放射測定量で指定されます。放射照度はW/m²で測定されます。これは、単位面積あたりの表面が受ける放射束(力)を示します。

これとは対照的に、可視光において知覚される明るさは通常、照度として表されます。これは、人間の目で知覚される明るさにより光を示す光度測定量です。照度はlux(lx)で測定されます。

放射照度の値から照度を導き出す、普遍的に有効な方法はありません。これは、光源によって赤外線の部分が大きく異なる可能性があり、各光源のスペクトルを個別に考慮する必要があるためです。

サンプルシナリオの比較#

ある程度のガイダンスを提供するため、Baslerは3つの異なるシナリオを調査し、異なる光源の照度値に、放射照度がどのように関連するかを示しました。次の条件が適用されました。

  • blazeカメラの放射照度制限は12.8W/m²です(これらのテスト条件に基づいてBaslerが決定しました)。
  • 太陽光やハロゲンライトなどの一般的な光源の全スペクトル放射照度は、カメラのイメージセンサーにより記録される放射照度がカメラの放射照度制限12.8W/m²と等しくなるように選択されました。

そして、これらの条件下での可視光範囲の照度は、光源のスペクトルと視感効率機能を考慮して計算されました。さらに、イメージセンサーの量子効率、カメラのバンドパスフィルター(通過帯域と阻止帯域)の伝達機能、その他の関連するカメラ特性なども含まれました。

次の表に結果を示します。

シナリオ 環境光に対する堅牢性の放射測定制限
(920~970nmでの最大放射照度)
環境光に対する堅牢性の光度測定制限
(最大照度、近似)
太陽光a 12.8W/m² ~60klux
白熱灯(3200K)b 12.8W/m² ~8klux
920~970nmの近赤外線放射のない人工光源(可視LED、蛍光灯など) 12.8W/m² 実際的な制限なし

  1. 北半球の、青空が広がる、明るい晴れた日:夏至の日、太陽時12:00:00 、緯度53.692540、経度10.266444、ターゲットの傾き90°(地面に対して垂直)、ターゲットの方位角180°(南向き)、表面アルベド0.2、カメラはターゲットに対し垂直

  2. タングステンハロゲンランプ、3200K色温度

環境光の影響#

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.

環境光が比較的弱い場合(最大5W/m²の放射照度)、ノイズの増加レベルは約2倍を超えることはありません。指定された日光に対する堅牢性(放射照度12.8W/m²)に近い、強い環境光の下では、ノイズは7倍増加します。環境光の放射照度がこの限界値を超えて上昇すると、カメラのイメージセンサーが飽和状態になります。そうなると、輝度画像は白く表示され、深度測定ができなくなります。

情報

カメラの輝度画像で、環境光を見ることはできません。つまり、明るさの変化として環境光の変化を観察することはできず、画像ノイズの変化としてのみ観察できます。そのため、十分に露光された画像から過飽和の画像への遷移が非常に急激であるように見える場合があります。

カメラの放射照度制限の決定#

カメラは、次の条件でテストされました。

  • 90%の反射性を備えた白の平らな対象物
  • 対象物は940nmのLEDで照明
  • 6mの距離(対象物とカメラの間)
  • 露光時間250µs

試験のセットアップ#

カメラは、6メートルの距離にある平らな白いターゲットに直接向けられました。周囲光をシミュレートするために、ターゲットはカメラと同じ波長を使用して追加の光源によって照射されました。ターゲットの照射輝度は、過剰照射を行わずにカメラが使用可能な画像を照射したポイントまで上昇しました。放射照度を測定し、カメラの画像に基づいてノイズの増加を判定しました。

環境光に対する堅牢性テストのセットアップ

試験結果#

このカメラは、使用可能な画像を、920~970nmの環境光源に対して12.8W/m²の環境照射で送信しています。画像のノイズが7倍に増加しました。