SLAM之相机选型

本文对ZED、小觅、intel RealSense三种相机进行调研比对,主要在型号、同步精度、适用场景、优缺点、工作原理、和ros及SLAM的融合等方面展开调研。

一、小觅相机

小觅标准版:999~1699元
支持操作系统:Windows、Linux、ROS、TX1/2、Mac
开源项目支持:ORB_SLAM2、OKVIS、VINS、VIORB
S1030-IR-120/Mono: 1699元
S1030-120/Mono:
S2100-146/Color:

小觅深度版: 2999元
视觉+结构光+惯导融合;无需上位机;可选镜头(120°/50°);深度计算芯片;(可在设备端完成双目深度计算,无需依赖终端的GPU/CPU,本身便可直接输出双目深度图像);六轴IMU(与图像同步精度高达0.05ms);双目帧同步;彩色;全局快门(可实现两颗摄像头的所有像元同时曝光,降低高速移动拍摄时的图像畸变;卷帘快门效果差);720p/60fps高清输出
支持操作系统:Windows、Linux、ROS、Android、TX1/2;只支持64位处理器
开源项目支持:ORB_SLAM2、OKVIS、VINS

D1000-IR-120/Color: 适用于视觉SLAM研究,针对室内场景优化;IR主动(结构)光探测器(增加白墙和无纹理物体识别精度;可在黑暗环境使用);120°广角镜头,0.275~8米识别距离,厘米级识别精度
D1000-50/Color: 更适用于双目测量研究,针对室外场景优化;内置IR-CUT滤光片;50°镜头,0.520~15米识别距离,毫米级别识别精度
双目方案:
SLAM之相机选型_第1张图片

二、ZED相机

:2880元

ZED mini:可以作为Rift 和VIVE 的增幅设备,为头显提供实时的拍摄视频传输,深度感知和环境映射,让VR头显转变为AR头显。
增加IMU;有延迟
六轴姿态精度:+/-1mm,方向0.1°,频率100hz

ZED:
Windows、Linux、ROS
实时基于深度的视觉测距和SLAM
其与主动的kinect等流行的深度图像原理不同,该深度相机的深度计算是通过双目原理得到的,其计算是发生在计算机上的GPU与CPU,而并非在该传感器本身,该传感器本身只是能够同步获取双目图像,之后在计算机上通过其对应的SDK进行深度计算。
其主要优势在于其高分辨率,可以达到15f/s的4416X1242的像素图像的深度图像生成; 检测距离0.07~20m,深度数据格式32位,立体声基线120mm。
SLAM之相机选型_第2张图片
特点:
高分辨率和高帧率3D视频捕捉
深度感知室内和室外可达20米
6-DoF位置跟踪
空间映射

三、intel RealSense体感摄像头:

1000元 Windows8.1 开源资料少
SR300 面向近距离交互的英特尔® 实感™ 3D 前置摄像头:0.2 米 - 1.5 米,仅限室内
R200 面向远距离交互的英特尔® 实感™ 3D 后置摄像头: 室内多至3-4 米,室外距离更远
ZR300 面向远距离交互的英特尔® 实感™ 3D 后置摄像头
室外使用及物体跟踪;ZR300整合了深度感知和高精度运动跟踪技术。配合英特尔实感Linux* SDK插件,该设备拥有实时视觉惯性测距技术,允许自主映射和导航。它还能够动态追踪物体和人,帮助人们在户外探险时拍摄到精彩的影像。ZR300非常适合自主机器人、无人机、虚拟和增强现实以及其他用途。

四、相机比较

SLAM之相机选型_第3张图片SLAM之相机选型_第4张图片


结论

两种相机在视觉SLAM的应用都很广泛,效果都很好。整体来说,做开发用ZED,做产品用小觅。
 【上述仅个人见解!

补充知识:

卷帘快门和全局快门:
Global shutter 曝光时间更短,但会增加RMS 读出噪点;
Rolling shutter可以达到更高的帧速,但当曝光不当或物体移动较快时,会出现部分曝光(partial exposure)、斜坡图形(skew)、晃动(wobble) 等现象。
曝光时间短的应用(如<500μs)适合Global shutter;曝光时间长(如大于500μs)时,选择rolling shutter可以有更低的噪声和帧速。

曝光 : 当光圈相同的情况下,快门速度快则曝光时间短,快门速度慢则曝光时间长
小孔成像: 假设一个黑乎乎的密闭房间,一面墙壁上开了个小圆窗户,窗对面的内壁上安上感光材料(白沥青,大型胶卷或CCD/CMOS)。这就是一台大型房式照相机。在没有打开小窗之前,房间里是黑乎乎的。 我们打开小窗,光线从小孔而入,射到对面墙壁的胶卷上,产生光化反应(或光电反应,如果是CCD/CMOS),照片就诞生了。此过程就叫做曝光。
要得正确曝光的图片,必须精确决定曝光量。所谓曝光量就是让多少光进入这个密闭房间里。如果进光量太大,照片就会白花花一片,晚上变成了白天。如果进光量太小,照片就会黑乎乎的,白人变成黑人。幸好我们有了光圈和快门两样工具可以一起来控制曝光量。曝光就是光圈和快门的组合。可以这样认为:光圈(值)大小其实就是那个小圆窗户开多大,快门(速度)就是窗户打开多久。假设窗户只打开1/4,时间为4秒钟可以正确曝光的话,很显然,窗户打开一半,时间2秒钟也能让底片正确曝光,因为1/44=1/22=1,进光量都是一样多。同样的,如果窗户全开,曝光时间就只需要1秒了。 假若一个镜头光圈全开为F4,用摄影行话来说,光圈F4快门速度1秒为正确曝光值,那F5.6和2秒以及F8和4秒也同样能得到准确曝光的图片。

结论: 一张正确曝光的图片可以有N种不同的光圈和快门速度组合。总结以上几个名词解释,有三个因素能影响一张图片是否正确曝光:光圈,快门速度,ISO。其中光圈和速度联合决定进光量,ISO决定CCD/CMOS的感光速度。如果进光量不够,我们可以开大光圈或者降低快门速度,还是不够的话就提高ISO。大光圈的缺点是解像度不如中等光圈,快门速度降低则图片可能会糊,提高ISO后图片质量也会下降 。没有完美的方案,如何取舍要灵活决定。

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