版本：V1.0

在这份文档中，我们探讨光学滤光片在3D相机中的使用。其中包括不同滤光片的光谱曲线，以及对相机成像性能的作用。

1、介绍

由于立体深度相机性能的优良与输入双目图像直接相关，因此在某些特殊场景下，使用额外的光学器件来提升图像的效果，以达到深度图像性能提升。在本文档中，主要介绍光学元件中的滤光片器件。

2、什么是光学滤光片

光学滤光片是一种用于选择性地透过或阻挡特定波长光线的光学元件。它们通常由特定材料制成或表面镀膜实现，具有特定的光学性能，用于在光学系统中控制光的传播特性。在双目立体深度相机中，通过在最外侧，放置特殊波段的滤光片，选择性的透过或阻挡特定波长范围的光线，提升成像性能。

3、滤光片的类型

常见的滤光片类型包括：

3.1 中性密度滤光片，其作用是减少入射光强度。这种滤光作用是非选择性的，即对不同波长光线减少的能力是相同的，从而使透射光的光强降低，对物体光线的光谱分布不产生任何影响。在摄影领域通常用于防止在高动态范围图像的饱和；在激光领域通常用于对激光功率的控制。

3.2 宽带滤光片，能对复色光分离出某一波段的光而截止规定波段光的滤光片。其中分为短波通滤光片、宽带通滤光片及长波通滤光片，针对感兴趣的波长范围，选择不同带通的滤光片达到期望的光谱分布。下图是不同类型带通滤光片的光谱分布曲线。

a. 宽带通滤光片：选定特定波段通过，通带以外截止，光谱曲线如图1。

图1 宽带通滤光片光谱曲线

b. 短波通型(又叫低波通)：短于选定波长的光通过，长于该波长的光截止。常见的有可见光通滤光片，如图2所示。

图2 可见光通滤光片光谱曲线

c. 长波通型(又叫高波通)：长于选定波长的光通过，短于该波长的光截止。常用的有可见光截止的IR Pass滤光片，如图3所示。

图3 IR pass滤光片光谱曲线

3.3 陷波滤光片，仅阻挡某一特定波段的光，本质上是带通滤光片的反面。常用于消除特定波长的光，在荧光显微成像等科学应用中起着重要作用。

3.4 偏振滤光片，用于调节入射光偏振态的光学器件，常见的偏振光有线偏振光、圆偏振光及椭圆偏振光等等，多应用于显示成像等领域。

4、双目立体深度相机的挑战

4.1 对环境光敏感。双目立体视觉是依赖环境中的自然光采集图像，而左右相机在采集图像时会由于光线的进光量、入射光角度等差异，导致两张图像亮度差异较大，造成算法匹配效果急剧下降。

4.2 单调缺乏纹理场景效果较差。在双目立体视觉是根据视觉特征进行图像匹配，所以对于缺乏视觉特征的场景，如天空、白墙等会出现匹配困难，导致匹配误差较大甚至匹配失败。通过添加激光散斑投影来提高低纹理场景的特征，但在某些特殊情况下，环境光会把激光散斑对比度降低，甚至淹没激光散斑的灰度信息。

5、滤光片的使用

5.1 滤除环境光

绝大部分室内场景中的环境光均为可见光，其光谱集中在400nm-600nm波段。在双目立体深度成像时，高亮区域或高反物体会由于环境光亮度过强而计算出错误深度，通过添加 IR pass滤光片能有效抑制环境光造成的过曝区域，来保证深度计算数据的正确性。图4和图5分别是增加IR pass滤光片前后的对比，通过添加滤光片，黄色标识位置处由错误深度数据变为正确值。

图4  无IR pass滤光片红外及深度图

图5  带IR pass滤光片红外及深度图

5.2 提升散斑信噪比

双目立体深度相机中激光散斑的信噪比直接影响成像质量，而环境光会给激光散斑带来底噪，造成散斑信噪比差甚至亮度被淹没的问题。通过添加IR pass滤除可见光，可以有效提升散斑信噪比，尤其是针对低纹理场景，能够有效提高图像质量。图6和图7分别是增加IR pass滤光片前后的对比，通过添加滤光片，黄色标识位置处的地面深度数据提升明显。

图6  无IR pass滤光片红外及深度图

图7  带IR pass滤光片红外及深度图