Intel RealSense LiDAR Camera L515：小身材大能量的深度感知利器

在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時代，深度感知技術(shù)在眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，如機器人導(dǎo)航、3D掃描、增強現(xiàn)實等。Intel推出的RealSense LiDAR Camera L515無疑是深度感知領(lǐng)域的一顆璀璨明星。今天，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

文件下載：82638L515G1PRQ.pdf

一、產(chǎn)品概述

Intel RealSense LiDAR Camera L515是Intel首次推出的LiDAR相機，它以小巧的外形實現(xiàn)了高精度的深度感知。其直徑僅61mm，高度26mm，重量約100g，輕松握于掌心，可方便地安裝在任何系統(tǒng)上，也能與平板電腦或手機連接。而且，它的功耗低于3.5W，遠低于同類飛行時間（TOF）解決方案，所有深度計算都在設(shè)備上完成，真正實現(xiàn)了平臺獨立。

這款相機的曝光時間短至每個深度點小于100ns，即使是快速移動的物體也能以最小的運動模糊捕捉到。它針對室內(nèi)照明進行了優(yōu)化，通過定制的ASIC每秒可處理超過2300萬個深度點。此外，還配備了RGB相機和慣性測量單元（IMU），具有很強的用例靈活性。

主要特性

1. 深度捕捉范圍：可實現(xiàn)0.25 - 9m的深度捕捉（在95%反射率下測試）。
2. RGB相機：配備2MP的RGB相機，且始終處于開啟狀態(tài)。
3. IMU：集成了慣性測量單元，可檢測3維加速度和3維旋轉(zhuǎn)。
4. 幀率：深度圖像在1024x768（XGA）分辨率下可達30FPS，彩色圖像在1920x1080（FHD）分辨率下可達30FPS。
5. 激光等級：符合1類激光標(biāo)準(zhǔn)。
6. 設(shè)備精度健康監(jiān)測：具備設(shè)備精度健康監(jiān)測功能。

最低系統(tǒng)要求

• USB 3.1 Gen1
• Ubuntu 16.xx/18.04 LTS
• Windows 10（build 15063或更高版本）

二、技術(shù)原理

LiDAR（光檢測和測距）是一種利用激光和接收器測量物體距離的遙感技術(shù)。L515使用IR激光、MEMS、IR光電二極管、RGB成像器、MEMS控制器和視覺ASIC。MEMS用于將IR激光束掃描到整個視場（FOV），視覺ASIC處理光電二極管捕獲的反射光束數(shù)據(jù)，并輸出表示場景中特定點與相機準(zhǔn)確距離的深度點。這些深度點聚合后可生成表示整個場景的點云深度數(shù)據(jù)。

三、功能規(guī)格

1. 深度相機規(guī)格

• 相機精度健康監(jiān)測：為確保L515深度技術(shù)的長期最佳精度，Intel利用RGB相機實現(xiàn)了額外的精度保證方法。該功能作為Intel RealSense SDK 2.0的一部分在主機上運行，需要將一些RGB幀發(fā)送到主機，用于分析場景并與深度相機進行比對，以驗證兩個相機之間的對齊情況。此功能自動啟用，用戶無需手動操作，且在開源的Intel RealSense SDK 2.0中完全透明。
• 深度相機控制和數(shù)據(jù)格式：為實現(xiàn)相機的最佳性能，根據(jù)應(yīng)用的所需范圍提供了三種預(yù)設(shè)模式。
  • 最大范圍預(yù)設(shè)：適用于場景中沒有環(huán)境光的情況（如完全在室內(nèi)且沒有光線透過窗戶）。在此預(yù)設(shè)下，激光功率和接收器增益設(shè)置為最大，可優(yōu)化室內(nèi)條件下的深度質(zhì)量。
  • 短距離預(yù)設(shè)：降低激光功率和增益，避免近距離物體使接收器飽和，適用于近距離操作，但對于遠距離物體的表現(xiàn)可能不佳。
  • 無環(huán)境光預(yù)設(shè)：與最大范圍預(yù)設(shè)類似，但激光功率較低，可避免在超過模糊范圍（10m - VGA，6.5m - XGA）的物體上產(chǎn)生錯誤深度。
  • 低環(huán)境光預(yù)設(shè)：推薦用于可能存在少量環(huán)境陽光的環(huán)境。激光功率設(shè)置為最大，但接收器增益降低，以避免環(huán)境陽光導(dǎo)致相機飽和，也適用于檢測近距離物體（<50cm）的情況。

2. 深度質(zhì)量指標(biāo)

在VGA分辨率、95%反射率的條件下，深度精度平均值在9m處小于14mm，在1m處小于5mm；深度標(biāo)準(zhǔn)偏差在9m處為15.5mm，在1m處為2.5mm。曝光時間每個深度點小于100ns，可有效抵抗運動模糊，照明條件要求小于500 lux陽光（0.4uW/cm2/nm）。

3. 深度起始點和原點坐標(biāo)

深度起始點（地面零參考點）是指深度值為0的起始點或平面，對于L515相機，該點從相機前蓋玻璃開始計算，其值為 -4.5mm。如果深度測量參考是前蓋玻璃，則應(yīng)將該值的絕對值加到測量值上以確定真實值，此值可通過Intel RealSense SDK 2.0 API讀取。

深度原點的X - Y坐標(biāo)是IR發(fā)射器的X - Y中心。

4. 圖像格式和彩色相機功能

彩色相機的幀率為標(biāo)稱值，實際幀率可能會根據(jù)相機的曝光設(shè)置而變化，增加曝光時間的相機設(shè)置會降低實際幀率。彩色相機還提供了多種控制選項，如自動曝光模式、手動曝光時間、亮度、對比度、增益、色調(diào)、飽和度、銳度、白平衡溫度控制等。

5. IMU規(guī)格和操作模式

L515集成的IMU型號為Bosch BMI085，具有6個自由度，加速度范圍為±4g，加速度計輸出數(shù)據(jù)速率為100Hz/200Hz/400Hz，陀螺儀范圍為±1000 Deg/s，陀螺儀輸出數(shù)據(jù)速率為100Hz/200Hz/400Hz，數(shù)據(jù)格式為32b Float。加速度計和陀螺儀的數(shù)據(jù)流可通過Intel RealSense SDK 2.0獲取。

6. 設(shè)備固件更新

固件包含操作指令，運行時，視覺ASIC加載固件并對組件寄存器進行編程。如果視覺ASIC配置為更新或恢復(fù)，則可以更改固件的解鎖讀寫區(qū)域。固件更新時，固件實用程序會向視覺ASIC發(fā)出設(shè)備固件更新命令，視覺ASIC將重置為固件更新模式，固件實用程序使用單個二進制文件來維護固件映像。固件更新引擎對固件版本的更新次數(shù)有限制，基于安裝的最新固件版本建立基線版本，允許返回上一版本或基線版本最多20次，第20次更新后，只能更新到高于基線版本的固件修訂版。

四、硬件規(guī)格

1. 設(shè)備組件

2. 彩色相機屬性

3. 電源消耗

4. 相機接口

L515的接口為USB 3.0 Type - C，支持最大包膠尺寸為6.5mmx12mm的標(biāo)準(zhǔn)USB3電纜。

5. 存儲和操作條件

6. 材料、供應(yīng)商和設(shè)備ID

相機的產(chǎn)品標(biāo)識符和材料代碼為999NGF，供應(yīng)商ID為8086，設(shè)備ID為0x0B64。

五、軟件開發(fā)工具包（SDK）

Intel RealSense SDK 2.0是一個跨平臺庫，用于與L515相機配合使用，它是開源的，可從https://www.intelrealsense.com/sdk - 2/ 獲取。SDK至少包括以下部分：

• RealSense Viewer：可用于查看、記錄和回放深度流，設(shè)置相機配置和其他控制。
• 深度質(zhì)量工具：用于測試深度質(zhì)量，包括到平面的距離精度、Z精度、Z精度的標(biāo)準(zhǔn)偏差和填充率。
• 調(diào)試工具：命令行工具，用于收集數(shù)據(jù)并生成日志，輔助相機調(diào)試。
• 代碼示例：展示如何在應(yīng)用程序中使用SDK，包括D400系列相機的代碼片段。
• 包裝器：支持常見編程語言和環(huán)境，如ROS、Python、Matlab、node.js、LabVIEW、OpenCV、PCL、.NET等。

六、機械規(guī)格

1. 機械尺寸

將其集成到系統(tǒng)中時，建議通過產(chǎn)品背面的兩個M3安裝螺絲孔進行固定，并且冷卻通風(fēng)口必須始終保持暢通，通風(fēng)口周圍需要12mm的間隙以保證氣流。

2. 相機蓋材料清潔程序

清潔相機蓋材料時，不要使用任何化學(xué)物質(zhì)或水，先用鏡頭吹風(fēng)機刷盡可能去除蓋材料上的灰塵和污垢，然后用干燥、干凈的微纖維布擦拭。

七、法規(guī)和生態(tài)合規(guī)

1. 系統(tǒng)激光合規(guī)

L515的認證可轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)，無需對系統(tǒng)進行重新認證，但最終產(chǎn)品的用戶手冊中必須包含以下聲明和標(biāo)簽：

• 認證聲明：該產(chǎn)品在國際上根據(jù)EN/IEC 60825 - 1，第3版（2014）被歸類為1類激光產(chǎn)品。在美國，該產(chǎn)品符合21 CFR 1040下的激光產(chǎn)品性能標(biāo)準(zhǔn)，但關(guān)于2018年8月28日生效的2018 - V - 3042 - 0001號差異授權(quán)的特性除外。
• 警示聲明：使用非本文件指定的控制、調(diào)整或執(zhí)行程序可能會導(dǎo)致危險的輻射暴露；如果觀察到任何外部損壞，請勿給產(chǎn)品通電；不要嘗試打開該激光產(chǎn)品的任何部分，沒有用戶可維修的部件；打開時會有不可見的激光輻射，避免直接暴露在光束中；立體模塊和紅外投影儀沒有服務(wù)/維護、修改或拆卸程序，系統(tǒng)集成商在進行任何故障分析之前必須通知Intel或退回模塊；修改或維修立體模塊（特別是紅外投影儀）可能會導(dǎo)致輻射超過1類；不要嘗試更新未針對特定相機模塊SKU和版本正式發(fā)布的相機固件。
• 嵌入式激光信息：波長（0 - 50°C）為844 - 875nm；光束發(fā)散角（無準(zhǔn)直）為（6x10）度到（15 - 21）度（平行x垂直）；脈沖持續(xù)時間為1ns，重復(fù)率為500 MHz；上升/下降時間為300ps；最大功率或能量輸出為240mW。
• 美國FDA準(zhǔn)入編號：L515的美國FDA準(zhǔn)入編號為1820840，該編號應(yīng)填入美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）2877號進口受輻射控制標(biāo)準(zhǔn)約束的電子產(chǎn)品聲明的B.1框中。

2. 制造商信息

制造商為Intel Corporation，地址為2200 Mission College Blvd, Santa Clara, CA 95054 - 1549, USA。歐盟單一聯(lián)絡(luò)點為Intel Deutschland GmbH，地址為Am Campeon 10 - 12, Neubiberg, 85579 – Germany。

3. 生態(tài)合規(guī)

• 中國RoHS聲明：產(chǎn)品中部分部件可能含有有毒有害物質(zhì)，如印刷電路板組件中鉛的含量可能超出GB/T 26572標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量要求，而相機、三腳架和電纜等部件中的有毒有害物質(zhì)含量均在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量要求以下。
• 電子電氣設(shè)備廢棄物（WEEE）：在歐盟，該產(chǎn)品不能與家庭垃圾一起處理，用戶有責(zé)任將其帶到指定的電子電氣設(shè)備廢棄物回收點。

八、總結(jié)

Intel RealSense LiDAR Camera L515以其小巧的外形、高精度的深度感知、低功耗等特點，為深度感知應(yīng)用提供了一個優(yōu)秀的解決方案。無論是機器人導(dǎo)航、3D掃描還是增強現(xiàn)實等領(lǐng)域，L515都能發(fā)揮重要作用。同時，豐富的SDK和完善的合規(guī)性也為開發(fā)者和用戶提供了便利。你是否在項目中考慮過使用這樣的深度相機呢？歡迎在評論區(qū)分享你的想法。