杏彩开号-3D ToF成像中的“伪影陷阱”：如何识别并有效避免？

【导读】飞行时间 (ToF) 是一种自动式 3D 成像技能，经由过程丈量由相机发射的光脉冲于被测物体反射后返回所需的时间来计较间隔。按照时间以和光速，可以计较出光脉冲流传的间隔，从而患上出方针物体与相机之间的间隔。

与其他 3D 技能比拟，ToF 具备多项上风：它可以或许于低光照情况下不变事情，对于无纹理场景具备优良的顺应性，并且计较间隔图象所需的计较负载较低。此外，因为其延迟极低，ToF 很是合用在需要及时决议计划的运用场景。只管云云，这项技能仍可能遭到各类伪影（Artifacts）的影响，是以需要审慎处置惩罚，以减轻甚至防止这些问题。

运动伪影 Motion Artifact

ToF 体系需要多个相位（图象）来计较方针间隔，凡是至少需要两个相位；假如需要赔偿情况光，则需要三个相位；有时甚至需要四个或者更多相位。若用在收罗这些相位的传感器一次只能捕捉一个相位，而场景中又存于挪动物体，那末这些物体于差别相位图象中的位置将纷歧致。当多个相位被组合起来计较间隔图象时，就会孕育发生运动伪影。其成果是，物体不仅会呈现外形掉真，还有会显示于过错的间隔位置上。假如运用需要经由过程屡次收罗来实现 HDR（高动态规模）成像，也会呈现近似征象。采用多贮存单位（Multi-Tap）传感器（抱负环境下其贮存单位数目与算法所需相位数目不异），并联合非粉碎性读出 HDR 技能，可以解决这一伪影问题。

混叠伪影 Aliasing Artifact

当飞行时间跨越光源发射周期时，就会呈现这类伪影。于这类环境下，传感器可能吸收到来自其他调制周期的光旌旗灯号，但没法判定该光旌旗灯号属在哪一个周期。成果是，位在“X + 一个对于应在光发射周期间隔模值”位置的物体，会被过错地辨认为位在间隔“X”处，从而致使 3D 深度图或者相干点云中的丈量偏差。增长发射周期可以扩展这一模值间隔规模，但同时会降低丈量精度，是以必需于二者之间举行衡量。利用多频率技能是解决混叠伪影的要领之一，但会加重运动伪影问题。而采器具有矫捷占空比（Duty Cycle）的传感器，则可以经由过程解耦最年夜丈量间隔（与光发射周期相干）及间隔消歧能力来解决这一问题。

滋扰伪影 Interferences Artifact

当多个 ToF 相机同时事情时，一台体系发出的光可能被另外一台体系吸收到，从而侵扰后者吸收到的相位信息，致使计较成果掉真并孕育发生过错的间隔丈量。这类征象被称为滋扰伪影。凡是，解决这一问题的要领是采历时分复用（Time-Multiplexing）技能。然而，这类要领实现繁杂，而且凡是需要差别体系之间经由过程有线方式举行毗连。另外一方面，采器具备专门多体系治理功效的传感器或者体系，则有助在减轻这一伪影带来的影响。

3D 飞行时间技能正愈来愈广泛地运用在呆板人、物流、检测以和尺寸丈量等工业运用范畴，由于它可以或许于高帧率及低延迟的条件下提供优秀的精度及正确性。其高度矫捷性使其可以或许胜任多种繁杂情况中的运用，并是以区分在其他竞争技能。与任何技能同样，ToF 技能也需要于差别机能指标之间举行衡量。每一一项上风暗地里均可能陪同着某些局限。然而，上述伪影问题必需尽可能防止，由于过错的间隔丈量可能致使自立挪动呆板人（AMR）发生碰撞，或者使协作呆板人（Cobots）对于职员造成危险。

于 ToF 技能中，图象传感器的主要性甚至跨越很多其他 3D 体系。采用专为 ToF 运用设计的传感器，例如 Teledyne e2v 的 Hydra3D+，可以或许确保终极体系具备更强的伪影按捺能力，从而有用抵御上述问题。此外，依附 HiRho 技能，Hydra3D+ 还有能于户外情况中提供更优秀的机能体现。

作者：Yoann Lochardet，Teledyne Vision Solutions

*本文最初发表于：《Electronics for Engineers》2026 年 2 月刊