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户外场景4种典型3D相机成像精度实测

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SIGAI学习与实践平台
发布2023-10-23 17:51:45
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发布2023-10-23 17:51:45
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不同的应用对3D相机各方面性能有不同的要求,包括分辨率、视场角、成像距离、精度、帧率等。如何根据自己的实际需求选择合适的相机,是很多3D视觉产品研发初期就要考虑的问题。室内场景的3D应用相对成熟。结构光相机被广泛应用于工业机械臂的引导;TOF相机与双目相机被广泛应用于消费电子、机器人自动驾驶等。近年来,室外场景的各种3D应用被逐步挖掘出来。户外场景下对各种典型相机的成像效果分析以及它们的适用领域,目前鲜有报道。为了让3D视觉学术研究、产品研发人员对这一问题有基本的了解,本文给出以下4种典型3D相机的成像效果实测:

1.国外某知名品牌双目3D相机(以下简称双目相机A),是当前全球范围内知名度最高的双目3D相机,官方标明可用于室外场景;

2.国外某知名品牌双目3D相机(以下简称双目相机B),是全球范围内知名度仅次于双目相机A的产品,官方标明可用于室外场景;

3.国内某知名品牌结构光相机(以下简称结构光相机A);

4.张量无限Tensor Eye(以下简称Tensor Eye),官方标明可用于室外场景。

本次测试了这4款3D相机在户外较强光照条件下对典型材质物体的成像效果,重点分析精度与成像稳定性。

下表是4种型号相机的部分参数。

型号

分辨率

标称精度

成像速度

成本

双目相机A

RGB:1920x1080深度图:1280x720

官方未给出

30fps

双目相机B

RGB:2208x1242深度图:2208x1242

官方未给出

15fps,取决于外置算力

中,需要配置额外的GPU算力

结构光相机A

RGB:2592×1944深度图:1280×1024

Z值精度0.12~0.56mm

2.5fps

Tensor Eye

RGB:3840x2160深度图:1920x1080

Z值精度1~5mm@1.5~4m

1~2fps

本次测试物品包括:混凝土,石块,砖,金属,木材,纸制品,塑料,植物等,均在室外场景拍摄,成像距离在1.5~1.8m。

下面来看测试结果,每组测试结果图像依次为:Tensor Eye相机输出的RGB图,双目相机A输出的点云,双目相机B输出的点云,结构光A输出的点云,以及Tensor Eye输出的点云,点云为ply格式。其中,双目相机A和双目相机B均在高精度模式下运行。

1.金属灯杆+石砖+塑料百叶窗

RGB图

双目相机A的点云

双目相机B的点云

结构光相机A的点云

Tensor Eye的点云

从这组测试结果可以看到,室外阳光稍微强烈时,结构光相机基本无法成像,输出的只有稀疏的点,因此后面不再给出它的点云。双目相机A的点云中存在大量的空洞,且金属灯杆、塑料百叶窗变形严重,误差在厘米与分米级。双目相机B对金属灯杆的成像效果相对双目相机A有明显的改善,但对百叶窗的成像误差较大(有严重的扭曲变形),为厘米级。Tensor Eye在这个场景中,对金属灯杆、百叶窗、砖的Z值误差<2mm。

2.木质托盘+纸质包装箱+塑料托盘

RGB图

双目相机A的点云

双目相机B的点云

Tensor Eye的点云

在这个场景中,双目相机A对底部的木质托盘,塑料包装箱的成像误差都是厘米级的,有肉眼可见的明显变形。双目相机B对这两类物体的Z值误差同样达到了1cm左右,也有肉眼可见的变形。Tensor Eye的Z值误差<2mm,没有可见的变形。

3.金属电线杆+水泥地面

RGB图

双目相机A的点云

双目相机B的点云

Tensor Eye的点云

金属电线杆比较细,且表面光滑。在这个场景中,双目相机A对光滑的细金属电线杆有明显的扭曲变形,Z向和XY向的误差都超过了4cm。双目相机B对电线杆的Z向和XY向的误差>1cm,也有明显的变形。Tensor Eye的Z向和XY向误差均<2mm。

4.大理石砖+金属箱

RGB图

双目相机A的点云

双目相机B的点云

Tensor Eye的点云

在这个场景中,双目相机A对金属变电箱与大理石砖都有明显的扭曲,Z和XY向误差>1cm,且存在空洞。双目相机B的成像同样存在肉眼可见的变形,误差约为1cm。Tensor Eye对大理石砖与变电箱金属柜均无可见的扭曲,Z向和XY向误差<2mm。

5.植物

RGB图

双目相机A的点云

双目相机B的点云

Tensor Eye的点云

在这个场景中,双目相机A对植物也在的成像存在明显的扭曲。双目相机B的效果优于双目相机A,但仍有肉眼可见的偏差。Tensor Eye对叶子的成像无肉眼可见的扭曲与偏差。

6.地面+金属井盖

RGB图

双目相机A的点云

双目相机B的点云

Tensor Eye的点云

在这个场景中,双目相机A存在大量空洞,且对地面与井盖扭曲严重,XY向误差为厘米级。双目相机B对地面和井盖同样存在严重扭曲(参考地面上画的停车线等标志,在白色箭头所指的远端的白色直线非常明显),Z与XY向误差同样是厘米级的。Tensor Eye对这两类物体均无肉眼可见的误差,地面砖边缘线、井盖和停车线均无可见的扭曲变形,Z与XY向误差<3mm。

7.大理石柱+石砖

RGB图

双目相机A的点云(俯视图)

双目相机B的点云(俯视图)

Tensor Eye的点云(俯视图)

在这个场景中,双目相机A对地面与大理石柱有严重的扭曲,Z向和XY向的误差>3cm。双目相机B对大理石柱的Z向和XY向误差为1~2cm,俯视可见对大理石柱的柱面圆弧有明显的扭曲变形。Tensor Eye对地面砖与大理石柱的Z向和XY向的误差<2mm,大理石柱的柱面为光滑的圆弧。

综合上述的测试结果,在室外场景中,双目相机A与双目相机B对以上材质物体的成像误差通常是厘米级与分米级的(拍照距离1.5m左右),Z值存在肉眼可见的明显波动。结构光相机A在太阳出来时会被干扰而无法正常成像。Tenor Eye在2m以内的距离对上述各种材质的物体均能达到稳定的毫米级成像误差,1.5m时误差在3mm以内。

综合考虑各方面的因素,下面介绍各种相机适用的场景:

1.双目相机A,价格最便宜,成像速度最快,精度最低。适用于对成本敏感,对成像精度与稳定性没有严格要求的室外场景,以及室内对精度要求不高的场景。

2.双目相机B,价格比双目相机A贵2倍左右,成像精度比A有一定的改善,但没有量级上的提升,成像速度快。适用于对成本相对不敏感、对成像精度要求不高的室外场景,以及部分室内场景。

3.结构光相机A,在室内场景中精度最高且成像稳定,成像速度慢,价格高。适用于室内场景的高精度应用,包括机械臂引导,精确测量,缺陷检测等。

4.Tensor Eye,户外场景精度最高,通常可以稳定地达到毫米级成像误差,成像速度慢,价格高。适用于户外场景对价格不敏感、对速度要求不高的高精度应用,包括机械臂引导、精确测量等。

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原始发表:2023-10-16,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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