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 2+ and Zivid 2 cameras.

Zivid 카메라를 보호 상자에 장착하는 경우 고려해야 할 몇 가지 측면을 살펴보겠습니다. 광학 조건, 온도, 결로 현상, 일반적인 유지 관리 및 견고성과 관련된 고려 사항을 살펴보겠습니다.

Designing a protective housing

For the following, we assume that our camera house will contain some protective glass for the camera 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

  For the Zivid camera to look out from. The smaller the size of these windows the better in terms of backlight reflections, given that they do not cause shadow regions in the camera or projector field of view.

• Protective walls

  예를 들어, 알루미늄이나 플렉시글라스로 만들어집니다.

• 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

  카메라 하우징 내부의 온도와 습도를 제어합니다. 외부 환경과 카메라 작업 부하의 영향으로 하우징 내부 온도가 과열되지 않는 경우에는 수동적으로 제어할 수 있습니다. 카메라 작업 공간의 주변 온도가 Zivid 카메라 데이터시트에 정의된 한계를 초과하는 경우에는 능동적으로 제어해야 합니다.

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. 하우징 내부 온도는 Zivid 3D 카메라의 데이터시트와 일치해야 합니다. 예를 들어, Zivid 2/2+의 경우, 카메라는 0°C에서 40°C 사이에서 작동하도록 정격화되어 있습니다. 카메라는 이 온도 범위에서 최대 성능을 발휘하도록 설계되었습니다. 따라서 이 범위를 벗어나 사용할 경우 카메라 정확도가 떨어질 수 있습니다. 최악의 경우, 과열로 인해 카메라가 손상될 수 있습니다.

2. The air inside the housing (and camera) should be dry. This is to prevent condensation from forming on either the Zivid camera’s lenses or the inside of the window (or the looking glass of the camera).

3. 창문에 결로 현상이 생기는 것을 방지하기 위해 주택 내부 온도는 외부 온도와 비슷하거나 약간 높아야 합니다.

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

Zivid 카메라 렌즈와 하우징 창문을 청소할 때는 긴 섬유 천이나 종이와 같은 카메라용 세척 장비를 사용하세요. 렌즈를 직접 너무 세게 닦지 마세요. 스마트폰을 조작할 때와 같은 힘을 가하는 것이 좋습니다.

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.

• 높은 Abbe를 가지고 있다

• 흡수율이 낮습니다.

앞쪽 유리 커버 제작 시 광학 유리 전문가와 상의하는 것이 좋습니다.

팁

유리는 굴절률이 낮고, 아베수가 높고, 흡수율이 낮으며, 균일성과 평탄성이 높아야 합니다.

조심

Typical glass windows in buildings have a high absorption rate which will negatively impact signal-to-noise-ratio if used to protect a 3D camera.

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?

위 지침에 따라 Zivid 카메라 앞에 유리창을 설치하더라도 대부분의 경우 카메라 성능에 미치는 영향은 미미합니다. 시스템을 생산에 투입하기 전에 포인트 클라우드 정확도의 안정적인 성능을 검증하고 보호 하우징을 장착했을 때와 장착하지 않았을 때의 성능을 비교해 보시기를 강력히 권장합니다.

팁

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

다음 그래프는 Zivid One+ 대형 카메라 앞에 다양한 두께의 유리를 사용했을 때의 영향을 보여줍니다. Zivid One+에 대한 서비스가 종료되었지만, Zivid One+로 수행한 테스트 결과와 결론은 다른 Zivid 카메라에도 동일하게 적용됩니다. 결과는 보호 유리를 사용하지 않았을 때와 비교하여 차이를 나타냅니다. 모든 그래프는 촬영 거리가 1.1m에서 2.9m까지 증가함에 따라 성능 매개변수가 어떻게 변하는지 보여줍니다. 이러한 매개변수는 Zivid One+ 데이터시트에 따라 정의됩니다.

참고

결과는 보호 유리창을 사용하지 않은 것과 비교하여 차이로 표시됩니다.

Point precision

포인트 정밀도 오차는 거리에 따라 꾸준히 증가하는 것을 볼 수 있습니다(유리가 없는 경우에도 마찬가지입니다). 하지만 유리 두께와는 뚜렷한 상관관계가 없습니다. 대부분의 거리와 상황에서 이러한 변화는 본 응용 분야에서는 무시할 수 있을 것입니다.

Local planarity precision

국소 평면도 정밀도 오차는 유리 두께에 대한 명확한 의존성을 나타내지 않습니다. 평면도 정밀도 변화는 점 정밀도와 유사하게 0.1mm 미만이며, 일반적인 응용 분야에서는 무시할 수 있는 수준의 영향을 미칩니다.

Global planarity trueness

The figure below shows how the measured flatness of a plate varies with the thickness of a protective window. As we can see, the variations are within ±15%, which means ±0.075 mm change for a planarity flatness of 0.4 mm that is typically measured without a protective window. These variations increase the planarity trueness error to about 0.5 mm. Therefore, placing an appropriate protective window will have acceptable implications on the global planarity trueness of the camera for most applications.

참고

모든 그래프는 기준(유리 없음)에 대한 차이를 보여줍니다.

Global planarity accuracy

이러한 측정값은 보호 창이 있을 때 플레이트의 노이즈와 평탄도가 어떻게 달라지는지 보여줍니다. 측정값은 위에서 볼 수 있는 기본 진위 오차에 의해 지배되며, 그 위에 정밀 노이즈가 추가됩니다. 전반적인 변화는 보호 창이 없을 때 기존 오차의 ±10% 이내에 포함됩니다. 일반적인 Zivid One+ 대형 카메라의 경우 평면도 정확도 오차는 0.5mm 정도입니다. 따라서 이 정확도가 10% 변하면 전체 오차는 0.55mm로 증가할 수 있습니다. 이는 일반적으로 허용 가능한 영향입니다. 전역 평면도 정확도의 상대적 변동은 진위보다 낮다는 점에 유의하십시오. 이는 기본 절대 오차가 진위보다 정확도에 대해 본질적으로 더 크기 때문입니다. 따라서 둘 사이의 유사한 규모의 변동은 높은 값(정확도)보다 낮은 값(진위)에 더 큰 영향을 미칩니다.

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

아래 그림은 전면 커버 유리가 있을 때 주어진 치수 측정값이 얼마나 변하는지 보여줍니다. 카메라의 작동 거리가 상당히 길 때 이러한 변화는 30% 미만이며, 두께 간에는 뚜렷한 상관관계가 없습니다. 따라서 하우징 없이 측정한 0.1% 치수 오차에 대해, 보호 유리를 적용하면 오차는 0.07%에서 0.13% 사이가 됩니다. 이러한 차이는 많은 적용 분야에서 여전히 허용 가능합니다.

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 camera 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.