Análise de erros devidos a fatores externos nas medidas realizadas com câmera de distância PMD Camcube 3.0

Abstract

Resumo: Um dos recentes equipamentos desenvolvidos para o Sensoriamento Remoto são as câmeras de distância, conhecidas como range cameras ou TOF cameras. Tais câmeras também obtém a distância sensor-alvo, assim como os aparelhos de laser scanning, entretanto não possuem equipamentos de varredura, capturando imagens quadro a quadro. A medidas obtidas com tais câmeras estão sujeitas à diversas fontes de erros instrumentais e ambientais. Dentre as fontes de erros existentes, esta Tese focou no estudo dos erros causados pela iluminação ambiente, pela refletividade do alvo e pela distância câmera-alvo, além de verificar o tempo de aquecimento necessário para se atingir maior precisão/exatidão nas medidas da câmera. Foi utilizado uma câmera PMD Camcube 3.0, que permite obter imagens de intensidade, distância e amplitude, com 200 x 200 pixels, em um sensor CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Para medir a distância para cada pixel da imagem, este equipamento utiliza o princípio time-of-flight (TOF) com base no método de diferença de fase. Os experimentos mostraram que a câmera necessita de, pelo menos, 40 minutos de aquecimento para atingir a estabilidade das medidas. A distância câmera-alvo influenciou o erro das medidas através de um comportamento oscilatório atenuada com o aumento da distância, sendo modelado pela equação da onda, com amplitude atenuada. Os erros devido à iluminação ambiente apresentaram variação linear proporcional à intensidade da iluminação ambiente. Por último, quanto à refletividade do alvo, verificou-se que alvos mais escuros apresentaram maior ruído e que, comparando com alvo de cor branca, a mudança na refletividade do alvo, por meio das cores cinza ou preta, aumentou significativamente os erros dos valores da distância.

Abstract: One of the latest equipment developed for Remote Sensing distance are the cameras, known as range camera or TOF cameras. Such cameras also obtains the distance between the sensor and its target, as well as laser scanning devices, however have no scanning equipment, capturing images frame by frame. The measurements obtained with this camera are subject to several sources of instrumental and environmental errors. Among these errors sources, this thesis focused on the study of the errors caused by ambient lighting and by reflectivity of the target (environmental) by the camera target distance, and checking the heating time required to achieve higher precision / accuracy in measurements camera. A PMD Camcube 3.0 camera that obtains intensity images was used, distance and amplitude, with 200 x 200 pixels on a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). To measure the distance for each pixel in the image, this equipment uses the time-of-flight (TOF) principle, based on the phase difference method. The experiments showed that the camera needs, at least, 40 minutes heating to achieve stable measurements. The error due to distante between camera and the target behaves as an attenuated wave, that decreases as the distance get higher. The errors due to ambient lighting showed a linear variation, proportional to the intensity of the ambient lighting. Finally, about the errors of target reflectivity, the darker the target, the greater the noise. Compared with white target, the change in reflectivity of the target, by means of gray or black color, significantly increased distance values.