Influencing Factors#

이 항목에서는 ToF 거리 측정에 영향을 미치는 요인에 대해 설명합니다.

주변광#

ToF 거리 측정은 카메라가 방출하는 빛의 반사에 의존하므로, 인공 광원이나 햇빛 같은 추가적인 빛은 측정 결과에 영향을 미칠 수 있습니다.

카메라는 주변광을 측정한 후 픽셀이 수신한 총 광원에서 이를 빼낼 수 있지만, 카메라의 주변광 보정 능력에는 한계가 있습니다. 그 이유는 픽셀이 수용할 수 있는 전하량이 한정되어 있기 때문입니다. 주변광으로 인해 이 용량이 모두 소모되면, 의도한 광펄스 반사에 할당될 공간이 줄어들어 결과적으로 신호 대 잡음비가 감소합니다.

주변광의 영향을 줄이기 위해 blaze 카메라는 광학 대역통과 필터를 탑재하고 있습니다. 이 필터는 카메라 광원의 스펙트럼(940 nm)과 동일한 빛만 센서로 통과시킵니다. 해당 스펙트럼의 빛을 방출하는 인공 광원이 카메라 근처에 있으면 취득한 이미지에 노이즈가 발생하므로 피해야 합니다. 마찬가지로, 다른 blaze 카메라를 동시에 작동시키는 경우에도 간섭이 발생합니다. 이를 방지하는 방법에 대한 조치 사항은 여러 카메라 사용하기를 참조하십시오.

햇빛은 940 nm 스펙트럼 대역에서 강하지 않기 때문에 비교적 사소한 문제입니다.

과노출을 방지하기 위해 카메라 설치를 계획하는 방법에 대한 팁은 하드웨어 설치(blaze)를 참조하십시오.

산란광#

카메라 렌즈 내부 또는 후면의 반사로 인해 산란광이 발생할 수 있습니다. 내부 부품에 특수 무반사 코팅을 적용하는 등 blaze 카메라 제조 시 각별한 주의를 기울이더라도 이러한 반사를 완전히 제거할 수는 없습니다.

산란광은 광원 바로 근처의 밝은 표면과 물체로 인해 발생하기도 합니다. 이러한 표면과 물체는 반드시 카메라의 직접적인 시야 범위 내에 있지 않아도 문제를 일으킬 수 있습니다. 단순히 테이블 위에 카메라를 올려놓는 것만으로도 카메라의 빛이 테이블 표면에서 반사되어 렌즈로 곧바로 들어와 거리 측정을 왜곡할 수 있습니다. 다음 그림은 이러한 효과를 보여줍니다.

산란광의 영향을 방지하기 위해 Basler는 다음과 같은 조치를 취했습니다.

• 신중한 렌즈 선정
• 광원의 제한된 조명

산란광 발생을 방지하기 위해 카메라 설정을 계획하는 방법에 대한 팁은 하드웨어 설치(blaze)를 참조하십시오.

온도#

온도는 거리 측정의 정확도에 큰 영향을 미칩니다. 이와 관련하여 고려해야 할 다양한 측면이 있습니다.

• 카메라에는 안정적인 온도가 필요합니다.
  전체 온도가 허용 범위 내에 있더라도 온도 변화에 따라 측정 정확도가 변동합니다. 최상의 결과를 얻으려면 온도를 안정적으로 유지해야 합니다. 최적의 온도는 22 °C입니다. 이를 달성하기 위한 권장 사항은 방열 조치 제공(blaze)을 참조하십시오.
• 카메라에 예열 시간이 필요합니다.
  안정적인 작동 온도에 도달하려면 카메라가 약 20분 동안 예열되어야 합니다. 정확한 측정을 위해서는 안정적인 온도가 필수적이므로, 이미지 취득을 시작하기 전에 20분 동안 기다려 주십시오.
• 카메라 모델 항목의 "환경 요구 사항" 섹션에 지정된 작동 온도 범위를 준수하십시오.
  하우징 온도가 50 °C를 초과하면 안정적인 카메라 작동을 보장할 수 없습니다. 하우징 온도가 0 °C 미만인 경우 카메라이 켜지지 않습니다.
  blaze 카메라에는 과온 보호 메커니즘이 탑재되어 있습니다.

카메라의 Thermal Drift Correction 기능을 사용하여 온도가 측정 정확도에 미치는 영향을 대응할 수 있습니다.

다중 반사(다중 경로)#

정확한 거리 측정을 위해서는 한 번 반사된 빛만이 신뢰할 수 있는 데이터를 제공합니다. 카메라의 시야각 내에 있는 다른 물체나 주변 환경에 의해 여러 번 반사된 빛은 측정을 왜곡할 수 있습니다. 방 구석이나 커피 컵 내부 같은 오목한 형태는 빛의 펄스가 여러 표면 사이를 왕복하여 센서에 수신될 때까지의 시간이 늘어나기 때문에 특히 문제가 됩니다.

거울 및 니스 칠한 탁상 등의 고반사 표면 역시 다중 반사를 유발하거나 광 펄스를 완전히 편향시킬 수 있습니다. 다음 그림은 이러한 효과를 보여줍니다.

다중 반사를 방지하기 위한 카메라 설치 계획 팁은 Hardware Installation (blaze)을 참조하십시오.

대상 물체의 반사율#

대상 물체의 반사율 또한 측정 정확도에 영향을 미칩니다. 다음 두 가지 측면을 고려해야 합니다.

• 대상 물체의 Surface Quality에 따라 결정되는 반사 유형
• 대상 물체 색상

반사 유형#

다음 두 가지 종류의 반사가 발생할 수 있습니다.

• 난반사(Diffuse reflection)
  무광 물체(예: 목재 또는 종이)에서 발생합니다. 반사율이 균일하므로 빛의 펄스가 모든 각도에서 동일하게 반사됩니다. 아래에 설명된 정반사와 달리, 센서로 반사되는 빛의 강도가 각도의 영향을 받지 않기 때문에 이 유형의 반사가 더 선호됩니다.
• 정반사(Specular reflection)
  광택 있는 물체(예: 연마된 금속 또는 극단적인 경우 거울) 및 투명한 재질에서 발생합니다. 반사는 반사의 법칙에 따라 발생하며, 특정 방향의 입사광은 물체 표면의 수직선에 대해 입사 및 반사 광 펄스가 동일한 각도를 이루며 하나의 출사 방향으로 반사됩니다. 즉, 반사된 광 펄스는 카메라가 송신한 광 펄스와는 다른 경로를 따르게 되며, 이는 다중 반사로 이어질 수 있습니다.

또 다른 위험은 광 펄스가 물체 표면의 수직선에 부딪힐 때 반사된 빛이 센서에 직접 도달하는 것입니다. 이로 인해 픽셀이 단일 광 펄스의 에너지로 포화 상태가 될 수 있습니다.

위와 같은 이유로, 광택이 있거나 투명한 재질의 정확한 거리 측정은 어렵습니다.

대상 물체 색상#

밝은 물체는 일반적으로 더 많은 빛을 반사할 수 있으므로 더 나은 결과를 제공하는 반면, 어두운 물체는 일정량의 빛을 흡수하므로 센서로 다시 돌아가지 않습니다.

고려해야 할 또 다른 측면은 센서에서 물체까지의 거리입니다. 밝은 물체는 일반적으로 더 정확한 결과를 산출하지만 센서 가까이에 배치되면 너무 많은 빛을 반사하여 과포화가 발생합니다. 픽셀이 과포화되면 더 이상 거리 측정에 기여하지 못합니다. 결과적으로 측정 Quality가 저하됩니다.

또한 카메라는 근적외선 빛으로 작동하며 물체가 근적외선 빛을 실제로 충분히 잘 반사하는지 예측하기 어렵다는 점을 유의해야 합니다. 따라서 위에서 언급한 구분은 일반적인 경험 법칙으로만 활용할 수 있습니다.

intensity image는 측정 정확도를 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다. intensity image에서 과소 노출이나 과다 노출 없이 조명이 잘 비춰진 물체는 정확한 측정 결과를 산출합니다.

비모호성#

모호성 문제는 빛이 카메라가 지정된 범위를 넘어 이동할 수 있고 카메라가 이 공간을 정의되지 않은 영역으로 간주하기 때문에 발생합니다. 그 결과 비모호 범위의 끝에서 0m에서 새로운 측정 간격이 다시 시작됩니다. 이는 광 펄스의 타이밍 패턴 때문에 카메라에 내재된 현상입니다.

즉, 범위를 벗어난 물체도 카메라로 빛을 반사합니다. 이를 처리하기 위해 카메라는 결과를 비모호 범위로 "되접습니다(folds back)".

표준 Operating Mode 중 하나로 blaze 카메라를 작동할 때 비모호 범위는 0~30m입니다. 30m를 초과하면 카메라로 반사되는 빛이 많지 않습니다. 따라서 모호성은 큰 문제가 되지 않습니다.

그러나 Fast Mode를 사용하는 경우 비모호 범위는 Short Range에서 0~1.5m이고 Long Range에서 0~10m입니다. 즉, 이 범위 내에서 측정된 물체의 거리만이 물체의 실제 거리를 반영합니다.

이 문제를 더 잘 이해하기 위해 다음 예를 살펴보겠습니다.

범위를 1m 벗어난 물체는 비모호 범위 내에서 1m 위치에 나타납니다. 즉, Long Range에서 물체가 카메라로부터 11m 떨어져 있는 경우, 그 거리는 1m로 측정됩니다.

다음 그림은 이를 보여줍니다.