处理高光和闪亮的物体

介绍

To capture better point clouds of shiny or highly reflective objects, try one or more of the following:

In the presence of highly specular reflective objects, there is a chance that certain regions of that object cause a direct reflection from the Zivid camera's projector to the imaging sensor. If this object is extremely specular, then the amount of reflected light can be thousands of times stronger than other light sources in the image. This is then likely to cause the pixel to become oversaturated. An example of such regions can be seen in the two images below.

带有许多高光区域的垫圈和圆柱的图片。

Oversaturated pixels often "bleed" light onto their surrounding pixels. This lens blurring results in a 对比度失真伪像. This effect is evident on black to white transitions and shiny cylinders; see the image below.

四张突出对比度失真效果的图片。

尝试使用合适的预设值(Presets)

处理高光和高镜面反射物体的最佳预设值是 Manufacturing Specular 和 Semi-Specular

尝试切换到Stripe Engine

使用 Stripe Engine 可显著提升包含反光物体场景中的点云质量。Stripe Engine 具有高动态范围,能够有效应对高光和相互反射(互反射)现象。

使用Phase和Stripe Engine拍摄的圆柱

尝试切换到 Sage Engine

备注

Sage Engine 仅适用于 Zivid 2+ MR130、MR60 和 LR110。

The Sage Engine is best at handling vertical reflections. Typical examples are reflections from the bin wall, neighboring objects, and two flat surfaces that face each other at a 90-degree angle.

反射箱中的高镜面工件 高度镜面的平面之间呈 90 度角

尝试切换到 Omni Engine

备注

Omni Engine 仅适用于 Zivid 2+。

Omni Engine 比 Stripe Engine 具有更高的动态范围和更大的投影图案集,可以改善在运行 Stripe Engine 的情况下点云仍然质量不佳的场景。它可以改进产生相互反射伪影或丢失数据的场景,但也可能在某种程度上平滑边缘和更精细的细节。

最大化动态范围

要获得闪亮的物体的高质量点云,需要同时捕获高光和低光区域。 Zivid 3D相机具有宽广的动态范围,可以同时拍摄深色和明亮的对象。

极具挑战性的场景通常需要 3 次 HDR 采集:

  • 1个用于覆盖最强的高光区域(极低曝光)。

  • 1个用于覆盖大部分场景(中等曝光)。

  • 1个用于覆盖最暗的区域(极高曝光)。

请按照 调整合适的曝光以获取好的点云 优化采集设置。

调整过滤器

过滤器是提升点云质量的强大工具。请通过教程 调整过滤器 了解如何在 Zivid Studio 中调整过滤器。请特别关注以下过滤器:

  • Cluster Filter(聚类过滤器)

  • Noise Filter(噪声滤波器) - Repair(修复)和 Suppression(抑制)

  • Reflection Filter(反射滤波器) - Global Mode(全局模式)

处理对比度失真

处理对比度失真主要有两种方法。我们可以通过最大化相机的动态范围,并将相机定位到一个合适的位置上,以此减少失真现象。 然后我们可以使用 Contrast Distortion Filter(对比度失真过滤器) 修正/移除其余的受影响的点。

正确放置相机

首先,请确保相机放置在或接近其对焦距离的位置。相机型号名称中的数字表示对焦距离,单位为厘米。例如,Zivid 2+ MR130 的对焦距离为 130 厘米。

旋转和对齐场景中的对象

对比度失真是指3D传感器x轴方向上出现的一种效应,如果应用允许将相机y轴方向上的问题区域旋转到x轴方向,则可以显著减轻这种效应。例如,将一个光滑的圆柱体旋转90°,圆柱体上过曝的区域就会沿着相机的基线移动,如下图所示。

图像显示了圆柱体的 "良好 "角度,以减轻对比度失真效应。

使背景的反射率与目标对象的反射率匹配

一个好的经验法则是,尝试使用与要成像的对象相似的亮度或颜色作为场景的背景:

  • 对于明亮的物体,可使用明亮的背景(最好是白色朗伯(Lambertian)型)。

  • 对于深色物体,请使用深色背景(例如,大多数传送带使用的黑色橡胶)。

  • 对于大多数有色、无光泽的物体,使用具有相似反射率的背景(例如,对于香蕉,使用灰色或黄色背景)。

  • 对于光泽的金属物体,尤其是圆柱形,圆锥形和球形物体,可使用深色的光吸收性背景,例如黑色橡胶。 这是因为目标光线通常会在物体的可见的边缘附近被反射离开,从而使它们显得非常暗(见下图)。 同时,来自周围区域的光可能会反射到圆柱边缘。

显示深色光吸收背景如何使圆柱体边缘显得暗的图像。

调整光圈和对比度失真过滤器

光圈设置不当会导致失焦,从而引起或加剧对比度失真效应。

对比度失真(Contrast Distortion)过滤器可用于校正和/或移除由 对比度失真 所引起的表面高度伪影——即在高对比度区域出现的散焦和模糊现象。这使得物体的几何形状更加真实,尤其在平面和圆柱体上效果更为明显。

Good aperture setting can remove or reduce the Contrast Distortion effect, and make it easier to tune Contrast Distortion filter. Learn how to tune Aperture and Contrast Distortion Filter.

备注

Zivid 3 没有可调节光圈。以下关于光圈调节的信息仅适用于 Zivid 2 和 Zivid 2+ 相机。

示例

我们将在下面的场景中演示使用对比度失真过滤器处理高光的方法。

带有高光区域的金属消费品图片。

以下三张图片中最上面的一张是不使用对比度失真过滤器的点云网格图像,中间一张是仅启用了该过滤器的修正功能的图像,最下面的一张是同时启用了移除和修正功能的图像。 仅使用修正功能已经可以减小伪像的尺寸, 而过滤器的移除功能则可以完全移除伪像,但也会移除场景中强度变化强烈的其他点。

苏打水易拉罐的三个附带对比度失真效果的网格点云。顶部没有使用过滤器,中间有使用过滤器修正功能,底部使用了移除功能。 相同的三个点云,但侧重于从侧面看到的失真效果。 相同的三个点云,但侧重于从侧面看到的失真效果。

进一步阅读

The next article covers Dealing with Transparent Objects.