Using Zivid Inside Protective Housing With Glass Window

Introduction

Zivid 3D 카메라는 IP65 등급 이상으로 먼지와 물에 손상 없이 견딜 수 있습니다. 그러나 카메라는 매우 가혹한 환경에서 사용할 수 있습니다. 예를 들어 다음 중 하나 이상에 노출될 수 있습니다.

• 용접 연기

• 페인트

• 과도한 열

• 기타 요소

그러면 자연스러운 질문이 생깁니다. 카메라를 일종의 보호 하우징 안에 넣어야 합니까?

팁

For protection against unforeseen accidents we provide a Protective Housing for Zivid cameras.

We will address several aspects that follow if the Zivid camera is to be built into a protective box. We will address considerations around optical conditions, temperature, condensation, general maintenance, and ruggedness.

Designing a protective housing

For the following, we assume that our sensor house will contain some protective glass for the sensor to look through. Note that in some applications it is also possible to leave the front side open. In this case, one can use high-pressure air inside the housing to prevent dust or other particles from entering through the opening. For now, we will assume that we will build a functional protective housing for the Zivid 3D camera that includes the following essentials:

• Windows or looking glass

  Zivid 센서가 밖을 내다보기 위해. 이 창의 크기가 작을수록 카메라 또는 프로젝터 시야에 그림자 영역이 발생하지 않는다는 점에서 역광 반사 측면에서 더 좋습니다.

• Protective walls

  For example, made in aluminum or plexiglass.

• An opening

  필요한 케이블 및 커넥터를 공급합니다.

• A mounting solution

  보호 하우징은 일반적으로 Zivid 카메라와 카메라가 위치할 장착 위치 사이에 끼워집니다.

  참고! 보호 창을 기준으로 한 카메라 위치는 광학 성능을 변경할 수 있습니다. 이것은 차례로 Zivid 포인트 클라우드의 정확도에 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 위험을 줄이려면 카메라를 상자에 단단히 부착된 상태로 유지하십시오.

• Temperature and humidity control

  To control temperature and humidity inside the camera housing. This can be passive if the influences of the external environment and the workload of the camera are such that the temperatures inside the housing do not overheat it. If the ambient temperatures in the workspace of the camera exceed the limits defined in the Zivid camera datasheet then there is a need for active regulation.

다음으로 우리는 해결해야 할 다양한 과제에 대해 조금 더 깊이 파고들 것입니다.

Temperature, humidity, and maintenance

Zivid 카메라를 하우징 안에 넣을 때 하우징 내부의 열 조건을 고려하는 것이 중요합니다. 몇 가지 고려 사항을 살펴보겠습니다.

1. The temperature inside the housing should match the datasheet of the Zivid 3D camera. For example, for Zivid 2/2+, the camera is rated to operate between 0 to 40°C. The camera is specified to provide full performance within this temperature range. Consequently, there is a chance that the accuracy of the camera will drift if the camera is used outside of this range. In the worst case, the camera could be damaged from working under too high temperature.

2. 하우징(및 카메라) 내부의 공기는 건조해야 합니다. 이는 Zivid 카메라의 렌즈나 창 내부(또는 센서의 거울)에 응결이 형성되는 것을 방지하기 위한 것입니다.

3. The temperature inside should be similar to or slightly higher than outside of the housing to prevent condensation from forming on the window.

일반 카메라는 비 오는 날 카페 창밖으로 꺼내려고 하면 선명한 사진을 찍기 어려울 것입니다. 마찬가지로 Zivid 카메라의 시야를 방해하는 렌즈, 필터 및 창의 응결이나 먼지는 3D 포인트 클라우드 품질을 저하시킬 수 있습니다. 따라서 하우징, 창문, 카메라 렌즈를 청결하게 유지하는 것이 좋습니다.

조심

Be sure to use cleaning equipment intended for cameras when cleaning the Zivid camera lenses and housing windows, such as long fiber cloth or paper. Avoid wiping too hard on the lenses directly when cleaning them. A tip is to apply the same pressure as you would when operating your smartphone.

Image of a person seen through a condensed window. (photo by Matteo Catanese on Unsplash)

드물게 습한 공기가 카메라 하우스 내부에 들어온 경우 렌즈에 응결이 형성될 수 있습니다. 카메라를 습하고 추운 환경에 보관(플러그 분리)하면 이런 일이 발생할 수 있습니다. 결로 현상을 제거하려면 카메라를 춥고 건조한 환경에 놓고 전원을 켠 상태로 두되 USB를 분리한 상태(공기 구멍)를 이틀 동안 두십시오. 결로가 증발하여 사라집니다.

마지막으로 카메라를 기준으로 창이 움직이지 않도록 카메라 하우징을 설계하는 것이 좋습니다. 이것은 다음에 다룰 광학적 이유 때문입니다.

Choosing the right glass

빛은 유리를 통과할 때 경로를 변경하므로 카메라 정확도가 변경되지 않도록 창의 광학 품질이 중요합니다. 광학 유리는 일반적으로 굴절률, Abbe 수 및 흡수율로 정의됩니다. 창이 카메라를 보호하고 빛을 변경하지 않으려면 다음을 수행해야 합니다.

• 매우 평평하고 균일해야합니다.

• 굴절률이 낮아야합니다.

• have a high Abbe number

• have a low absorption rate.

창호 조달 시 광학 유리 전문가와 상의하는 것이 좋습니다.

팁

The glass should have a low refraction index, high Abbe number, low absorption rate and a high degree of evenness and flatness.

조심

건물의 일반적인 유리창은 3D 센서를 보호하는 데 사용되는 경우 신호 대 잡음비에 부정적인 영향을 미치는 높은 흡수율을 가지고 있습니다.

Zivid는 1-5mm 사이의 창 두께를 권장합니다. 더 높은 두께도 괜찮을 수 있지만 Zivid는 5mm를 초과하는 두께를 가진 창에 대한 실험을 수행하지 않았습니다.

마지막으로 창은 카메라 렌즈에 가깝게 위치해야 하며 카메라와 거의 평행하게 정렬되어야 합니다.

How does the glass thickness affect camera performance?

If chosen based on the guidelines above, a glass window placed in front of the Zivid camera will have a negligible impact on the camera’s performance for most applications. We highly recommend verifying stable performance in point cloud accuracy and comparing it with and without the protective housing before putting the system into production.

팁

동일한 조건에서 동일한 기준 물체의 두 개 이상의 포인트 클라우드를 비교하여 보호 유리창의 품질을 확인합니다.

The following graphs show the impact of using various glass thicknesses in front of a Zivid One+ Large camera. Zivid One+ has reached its End-of-Life. Regardless, the results and conclusions based on the test conducted with Zivid One+ hold for other Zivid cameras. Results are compared and presented as a difference relative to not using any protective window. Every graph shows how the performance parameter changes as the imaging distance increases, starting at 1.1 m and ending at 2.9 m. These parameters are defined according to the Zivid One+ datasheet.

참고

결과는 보호 유리창을 사용하지 않은 것과 비교하여 차이로 표시됩니다.

Point precision

It can be seen that the point precision error steadily increases with distance (the same is true without the glass), but has no clear dependency on glass thickness. Under most distances and circumstances, these changes should be negligible for the application.

Local planarity precision

The local planarity precision error has no explicit dependency on glass thickness. The planarity precision change is below 0.1 mm, similar to point precision, and should yield negligible effects for typical applications.

Global planarity trueness

아래 그림은 보호 창의 두께에 따라 측정된 판의 평면도가 어떻게 달라지는지 보여줍니다. 보시다시피 편차는 ±15% 이내이며 이는 일반적으로 보호 창 없이 측정되는 0.4mm의 평면도에 대해 ±0.075mm의 변화를 의미합니다. 이러한 변화는 평면성 진도 오차를 약 0.5mm로 증가시킵니다. 따라서 적절한 보호 창을 배치하는 것은 대부분의 어플리케이션에서 센서의 전체 평면도에 대한 수용 가능한 의미를 갖습니다.

참고

All plots show the difference relative to the reference (no glass).

Global planarity accuracy

These measurements show how the noise and flatness of a plate vary in the presence of a protective window. The measurements are dominated by the underlying trueness error seen above, with the precision noise added on top. The overall change is contained within ±10% of the existing error without a protective window. For a typical Zivid One+ Large camera the planarity accuracy error is in the order of 0.5 mm. Therefore, a 10% change in this accuracy means that the total error may increase to 0.55 mm. This will typically be an acceptable impact. Note that the relative variation is lower for the global planarity accuracy than for trueness. This is because the underlying absolute error is inherently larger for accuracy than for trueness. Thus, variations of similar scales between the two will have a higher impact on the lower value (trueness) than that of the higher value (accuracy).

Dimension precision

10cm의 주어진 치수에 대한 반복 측정은 이러한 측정 결과의 변동이 1σ 변동 변화를 산출한다는 것을 보여줍니다. 이는 보호 유리가 없는 기본 정밀도에 비해 35μm 미만에 해당합니다. 이 수치는 거리가 멀기 때문에 상대적으로 작으며 전체 포인트 클라우드 품질에 미치는 영향은 미미합니다.

Dimension trueness

The figure below shows how much a given dimension measurement changes in the presence of a front cover glass. The variations are below 30% for a considerable working distance of the camera, with no apparent correlation between the thickness. Therefore, for the 0.1% dimension trueness error measured without a housing, the error would be between 0.07% to 0.13% after introducing a protective window. Such a difference is still acceptable in many applications.

Summary

측정값은 유리 두께와 카메라 성능 간의 의존성을 입증하기에 충분한 증거를 제공하지 않습니다. 제한된 평탄도와 같은 열악한 유리 품질의 영향은 정확도 변화에 지배적인 요인이 될 수 있습니다.

The presented measurements indicate that the expected change in error should be in the order of <±50%. In systems that depend on a high level of reliability, a tolerance level a few times higher than the accuracy of the measuring unit should be employed. From these results, we can deduce that an added variation of the error in the order of ±50% is likely to have a negligible, or acceptable, impact on the overall system. Thus, the new expected error from the sensor should still be smaller than the total system tolerance.

보호 유리를 설치한 후 카메라의 Trueness와 Accuracy가 허용 가능한 수준으로 유지되는지 확인하기 위해 유리 품질 비교 테스트를 수행하는 것이 좋습니다.