DCAM系列WDR模式

1 原理与背景

Vzense 3D深度相机采用基于ToF（Time-of-Flight）飞行时间的方式进行距离测量。在工作中，相机会发出红外光，光遇到物体后反射回传感器，相机通过计算光发射与返回的时间差计算物体的距离。

此文档介绍了 Vzense ToF 深度相机所具备的 WDR（Wide Dynamic Range）功能，以及如何通过工具和代码实现的步骤。

2 相机工作范围

DCAM系列 ToF 相机使用脉冲方式测距，不同的脉冲宽度与激光强度决定了可测试的距离范围不同。距离范围（最近距离和最远距离）由自身发光的强度决定；

最远距离：如激光能量较弱，则在远距离没有深度数据，产生远距离盲区；

最近距离：如激光能量较强，近距离会产生过曝，没有深度数据，产生近距离盲区

如下表为DCAM550系列几个模式的距离范围：

Range number

Distance range

Range 0

0.35m~1.5m

Range 1

0.5m~2.8m

Range 2

0.8m~4.4m

Range 5

1.2m~6.0m

如下表为DCAM560C系列几个模式的距离范围：

Range number

Distance range

Range 0

0.16m~1.1m

Range 1

0.5m~2.8m

Range 2

0.75m~4.5m

Range 5

1.0m~6.0m

如果在实际使用需要更广的测量距离，而单一模式无法满足要求的情况，以DCAM550举例，如需要0.35m~4.4m的测量距离，就需要使用 WDR 模式 range0 + range2。

3 WDR（Wide Dynamic Range）介绍

WDR（Wide Dynamic Range）模式可以将相机设置为多 range 交替输出的方式，从而可以扩展检测范围。以DCAM550举例，例如相机需要检测0.35m~4.4m，可以设置为range0, 2的WDR模式。相机的输出帧就会变为下图所示：

交替输出模式：相机会交替输出 range 0，range 2 的图像，这样用户便可以在 range 0 对应的图像中检测 0.35m~1.5m 的数据，在 range 2 对应图像中检测 0.8m~4.4m 的数据。

融合输出模式：当然也可以选择合适的交界距离值，使用 SDK 自带的算法融合图像输出，即 0.35m~4.4m 的数据融合为一张‘W’图像输出。

注意事项：相机的最大帧率为 30 帧每秒，所以在使用 WDR 模式时，每个单一 range 的输出帧率会下降。例如，如果选用 range 0，1 的 WDR 模式，range 0 的输出为 15 帧每秒，range 1 的输出为 15 帧每秒。如果选用 range 0，1，2 的 WDR 模式，range 0 的输出为 10 帧每秒，range 1 的输出为 10 帧每秒，range 2 的输出为 10 帧每秒。

4 WDR 使用方法

4.1 Vzense UTool 工具

1.修改工具根目录下配置文件 UTool.ini 中对于 WDR 的参数配置：

例一：range 0 和 range 2 组成的双模式WDR

#WDR1
t1_totalRange=2   //WDR 模式下包含的模式数量
t1_range1=0       //WDR 模式下包含的第一个距离模式，0 代表是 range 0
t1_range1Count=1  //只能为 1，勿改
t1_range2=2       //WDR 模式下所包含的第二个距离模式，range 2
t1_range2Count=1  //只能为 1，勿改
t1_range3=0       //WDR模式下所包含的第三个距离模式，由于前面设定总数量为2，所以此模式不起作用
t1_range3Count=1  //只能为 1，勿改

例二：range 0, range 1, range 2 组成的三模式 WDR

#WDR1
t1_totalRange=3   //WDR 模式下包含的模式数量
t1_range1=0       //WDR 模式下包含的第一个距离模式，0 代表是 range 0
t1_range1Count=1  //只能为 1，勿改
t1_range2=1       //WDR 模式下所包含的第二个距离模式，range 1
t1_range2Count=1  //只能为 1，勿改
t1_range3=2       //WDR 模式下所包含的第三个距离模式，range 2
t1_range3Count=1  //只能为 1，勿改

2.启动 UTool，切换模式到 WDR 模式，此时为融合输出模式：

4.2 SDK 代码调用

交替输出 WDR 模式，例：

设置 WDR 参数：

PsWDROutputMode wdrMode = { PsWDRTotalRange_Two, PsNearRange, 1, PsFarRange, 1,
PsXFarRange, 1 };
Ps2_SetWDROutputMode(deviceHandle, sessionIndex, &wdrMode);

设置 WDR 模式

Ps2_SetDataMode(deviceHandle, sessionIndex, PsWDR_Depth);

设置非融合模式

Ps2_SetWDRStyle(deviceHandle, sessionIndex, PsWDR_ALTERNATION);

取 Depth 图

PsFrame depthFrame = {0};
PsFrameReady frameReady = {0};
Ps2_ReadNextFrame(deviceHandle, sessionIndex, &frameReady);
if (1 == frameReady.depth) 
{
Ps2_GetFrame(deviceHandle,sessionIndex,PsDepthFrame, &depthFrame);
cout << "current image range : " << depthFrame.depthRange << endl;
}

取出 Depth 图时，可以通过 depthFrame 结构体中的 depthRange 判断当前取出图对应的 range。如下图中，左边为 range0 的 depth 图，左边为 range2 的 depth 图。

如果想使用 Vzense 的融合方式读取 WDR 图像，调用方法如下：

设置 WDR 参数：

PsWDROutputMode wdrMode = { PsWDRTotalRange_Two, PsNearRange, 1, PsFarRange, 1, PsXFarRange, 1 }; 
Ps2_SetWDROutputMode(deviceHandle, sessionIndex, &wdrMode);

设置 WDR 模式

Ps2_SetDataMode(deviceHandle, sessionIndex, PsWDR_Depth);

设置融合模式

Ps2_SetWDRStyle(deviceHandle, sessionIndex, PsWDR_FUSION);
PsFrame wdrDepthFrame = { 0 }; 
PsFrameReady frameReady = {0}; 
Ps2_ReadNextFrame(deviceHandle, sessionIndex, &frameReady); 
if (1 == frameReady.wdrDepth) 
{ 
Ps2_GetFrame(deviceHandle,sessionIndex,PsWDRDepthFrame, &wdrDepthFrame);
}