调整合适的曝光以获取好的点云

介绍 

Zivid 相机有四种影响曝光的采集设置：

在本教程中，我们将使用 Zivid Studio 中的 SNR 图来评估点云的质量，并确定采集设置的值。在调整设置的同时，我们将探讨使用不同曝光变量值时需要考虑的事项。

信噪比（SNR）

Zivid Studio 中的 SNR 图显示了图像中每个像素的信噪比。您可以在 SNR值中阅读更多有关 SNR 的信息，但本质是 SNR 越高，点云的质量越好。

../../../_images/SNR_map.png — Zivid Studio 中的 SNR 图，左下角显示所选像素的 SNR 值。

如上图所示，深绿色区域信噪比高，深橙色区域信噪比低。因此，目标是找到合适的采集设置，使尽可能多的像素位于绿色或深绿色区域内。

一般来说，影响SNR的因素主要有四个：

我们可以控制采集设置、工作距离和环境光，但场景的光学属性通常是固定的。以下图场景为例。

../../../_images/optical-properties-scene.png — 右边的盒子表面呈白色且漫反射，左边的相机表面呈黑色且有光泽，而中间的盒子则介于两者之间。最后，底部的圆柱体表面呈光泽且有反射。

由于相机使用投影仪作为点云生成的信号源，因此它更倾向于选择那些光学特性容易将信号反射回相机的区域。因此，在上图中，白色盒子最容易获得高信噪比，而黑色且有光泽的相机则最难获得高信噪比。

这与控制到达相机的光量的采集设置相关，较亮的物体需要的曝光量会比较暗的物体低，因为它通常吸收的光线较少。同样，漫反射物体可能需要的曝光量可能比镜面反射物体低，因为镜面反射物体可能会根据其形状和形态反射更多光线，使其远离相机。上图中圆柱体的侧面就是一个例子。

备注

信噪比低的点不一定不好，可能仍然符合实际表面。请结合信噪比图评估点云，以确定其质量是否适合您的应用。

许多视觉系统面临的挑战是高动态范围的场景，这意味着场景中同时包含明暗表面。它们通常在一个表面上曝光良好，而在另一个表面上曝光不佳。在上面的例子中，白色盒子需要较低的曝光度，以免反射过多的光线并使相机饱和。另一方面，黑色且有光泽的相机则需要较高的曝光度，才能将足够的光线反射回相机。

调整采集设置 

Zivid 相机具有高动态范围，这意味着它们可以在一次采集中覆盖明暗场景。这意味着您通常不需要进行太多手动调整，并且预设通常就足够了。因此，以下教程仅适用于预设无法达到预期效果的情况。

../../../_images/single-acquisition-pointcloud.png — 相机可以在一次捕获中同时捕获到明亮和黑暗的表面。

对于投影机的亮度和增益，我们通常总是使用以下内容：

投影仪亮度：最大可用亮度值
增益：最小的可用值

因此，调整采集设置主要是为了找到正确的曝光时间和光圈。

步骤 0：视觉引擎（Vision engine）

所选的 Vision Engine（视觉引擎）会显著影响单次采集的动态范围，从而影响信噪比 (SNR)。Stripe 和 Omni 等引擎的动态范围比 Phase 等引擎更高，因此它们可以使用单次采集，而 Phase 可能需要两次采集。在调整采集设置之前，请选择最适合您需求的引擎。

步骤 1：默认设置

默认采集设置通常是一个很好的起点，并且可以为曝光变量设置合理的值。您可以在默认设置中找到特定相机型号的默认设置，或者在启动 Zivid Studio 时直接进入手动模式。这将提供单次采集的设置。请记住保留上一步中选择的引擎。

使用默认设置进行捕获。

小技巧

使用 SNR 图评估点云质量时，请关闭噪声修复过滤器，因为此过滤器会影响 SNR。

../../../_images/SNR_default_acquisition.png — 来自默认采集设置的 SNR 图。

检查 Zivid Studio 中的 SNR 图，了解场景的曝光效果。注意橙色和深橙色区域，因为这表示 SNR 较低，可能存在数据缺失。这可能是由于曝光过度或曝光不足造成的。

在上面的例子中，我们看到一条橙色的线穿过圆柱体。由于圆柱体反射性强，我们可以假设该区域曝光过度。另一方面，我们也看到左侧相机上有橙色斑点。由于相机较暗，我们可以假设该区域曝光不足。您可以使用相同采集设置的 2D 图像，结合信噪比 (SNR) 图，来验证哪些区域容易出现曝光过度（像素强度高）或曝光不足（像素强度低）。

备注

被遮挡的区域，例如上图中间框的左侧，由于投影仪的光线无法到达相机，信噪比自然会较低。对于这些区域，我们能做的不多，除非尽可能调整相机的位置。