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# M4产品用户手册
> 本文档介绍了浙江迈尔微视科技有限公司自主研发的M4产品，包含产品规格、功能以及使用操作指南等部分。
## 修订记录
| 修订日期 | 版本号 | 修订说明 |
| ---------- | ---- | --------------- |
| 2023/08/21 | V0.1 | 新增文档 |
| 2023/10/09 | V1.0 | 正式版本发布 |
| 2024/03/25 | V1.1 | 修改更新相机坐标系 |
| 2024/05/10 | V1.2 | 更正相机参数 |
| 2024/06/17 | V1.3 | 包装内配件去掉螺丝，增加合格证 |
| 2024/11/25 | V1.4 | 更新相机存储温度 |
## 1. 产品概述
本文档介绍了浙江迈尔微视科技有限公司自主研发的M4产品，包含产品规格、功能以及使用操作指南等部分。
M4产品属于迈尔微视自主研发，目前包含的产品型号为：M4 Lite、M4相机，采用千兆网通信接口的ToF产品，24VDC供电。
图1.1 M4相机示意图
### 1.1 产品特性
* 内置1Tops算力，无需外部CPU即可运行
* RBG-D功能
* 可独立完成避障、对接、定位、软包抓取、库位检测、体积检测功能
* 千兆网口
### 1.2 使用条款
**请在使用过程中注意以下几点：**
* 请勿撕毁产品上的标签
* 请勿尝试拆解产品，否则产品可能会被损坏
* 避免在强磁环境下使用产品
* 避免在强阳光(大于100KLUX)干扰环境使用产品
* 若需要清洁产品外壳，请使用柔软的无尘布蘸取少量纯净水或酒精进行擦拭
* 请保留产品原始包装，在运输过程中尽量用原始包装
***
## 2. 产品规格
### 2.1 测距原理
M4相机采用光飞行时间法测距（ToF），通过测量光从发出到经过物体反射回相机的时间来测量物体到相机的距离。
M4相机采用最直接的测量手段进行深度成像，以最小的计算资源获得较佳的深度信息，以较高的帧率实现深度场景的构建。ToF相机按照其基本原理，和激光雷达一样，也可分为脉冲ToF（P\_ToF）和连续波调制ToF（CW\_ToF）。P\_ToF发射光脉冲（一般为不可见光）到被观测物体上，然后接收从物体反射回来的光脉冲，通过探测光脉冲的飞行（往返）时间来计算被测物体离相机的距离；CW\_ToF发出的是一束调制的连续光，通过测量光返回和传输的相位差反推光飞行时间进行测距。
图2.1 探测原理图
### 2.2 规格表
表2-1 产品规格表
| 相机 | 型号 | Eagle-M4 |
| -- | --------- | ------------------------------------ |
| 性能 | 芯片 | 索尼芯片 |
| ㅤ | 测距方式 | 光飞行时间法 |
| ㅤ | 工作波长 | 940nm |
| ㅤ | TOF分辨率和帧率 | 640×480(典型值12fps) |
| ㅤ | TOF视野角度 | 81°×61° |
| ㅤ | RGB分辨率和帧率 | 1920×1080(典型值12fps) |
| ㅤ | RGB视野角度 | 88°×56° |
| ㅤ | 测量距离 | 0.3~~5m(90%反射率) 0.3~~2.5m(10%反射率) |
| ㅤ | 测量精度 | ±4mm+0.25%×depth |
| 电气 | 通讯接口 | Ethernet / CAN |
| ㅤ | 电源接口 | 工业级航插 5Pin |
| ㅤ | 供电 | 24V DC / 2A |
| ㅤ | 平均功耗 | 6.2w |
| 结构 | 外形尺寸 | 88mm×47mm×47mm |
| ㅤ | 重量 | 333g |
| ㅤ | IP防护等级 | IP42 |
| ㅤ | 工作温度 | -20℃\~60℃ |
| ㅤ | 存储温度 | -40℃\~85℃ |
| ㅤ | 湿度 | 10%\~90%RH 无冷凝 |
| 其他 | 抗光干扰 | 最高可适应 100Klux 阳光 |
| ㅤ | 抗阴影-光 | 100Klux阴影-光交汇面变化小于1cm |
| ㅤ | 软件环境 | C / C++ / ROS SDK |
| ㅤ | 操作系统支持 | Windows7/8/10/11，Linux，Arm Linux/ROS |
| ㅤ | 散热方式 | 被动散热 |
注：产品尺寸以三维模型为准
***
## 3. 产品特性
### 3.1 电气特性
表3-1 产品电气特性
| 参数 | 指标 | 状态 | 最小 | 典型 | 最大 | 单位 |
| ------ | --- | -- | --- | --- | -- | -- |
| 供电电压 | VDD | ㅤ | 22 | 24 | 26 | V |
| CAN | ㅤ | ㅤ | ㅤ | TBD | ㅤ | V |
| 工作环境温度 | ㅤ | ㅤ | -20 | ㅤ | 60 | ℃ |
| 工作环境湿度 | ㅤ | ㅤ | 10 | ㅤ | 90 | % |
| 存储湿度 | ㅤ | ㅤ | 10 | ㅤ | 90 | % |
| 存储温度 | ㅤ | ㅤ | -40 | ㅤ | 85 | ℃ |
### 3.2 输出特性
预设情况下，M4相机输出一幅深度图（图3.1）和与之对应的每一个像素信号强度数据（图3.2），以及根据深度数据绘制的点云图（图3.3）。图中物体为铝型材。
图3.1深度图
图3.2强度图
图3.3 点云图
深度图探测采用了隔帧高动态范围（HDR）方法来扩展测量范围。在这种方法中，探测芯片上输出不同积分时间的两帧深度图，通过不同的标定参数获取不同的测量范围，上位机对于每个像素取两帧图像中强度值较大的一个，融合为最终输出，使得获取各测量范围内较准确的深度值。
### 3.3 探测范围
图3.1为M4相机的探测区域示意图，相机横向探测角度为81°，纵向探测角度为61°，探测距离与光功率有关。当光功率越大，目标物的反射率越高时，相机近处的盲区越大（即探测范围的最近距离值越大），远处的盲区越小（即探测范围的最远距离值越大）。反之，光功率越小，目标物的反射率越低时，相机近处的盲区越小（即探测范围的最近距离值越小），远处的盲区越大（即探测范围的最远距离值越小）。针对10%~~90%反射率物体，M4相机测距范围为0.3~~5m ,大于5m处由于反射信号过低被环境光干扰导致测距偏差较大。
图3.4 视场范围
### 3.4 反射率对照表
本规格书所说的反射率是参照柯达标白板进行测量，其他各物体具体反射率见下表。
表3-2 各种材质物体反射率对照表
| 序号 | 材质 | 反射率 |
| -- | -------- | ---- |
| 1 | 黑色橡胶 | 22% |
| 2 | 黑色陶瓷杯 | 34% |
| 3 | 黑色塑料纸 | 42% |
| 4 | 报纸 | 45% |
| 5 | 黑布 | 78% |
| 6 | 不透明塑料瓶 | 85% |
| 7 | 光滑木板 | 90% |
| 8 | 白纸 | 90% |
| 9 | 柯达标准白板 | 100% |
| 10 | 透明玻璃 | 140% |
| 11 | 光泽浅色金属表面 | 150% |
### 3.5 结构尺寸
图3.5 M4相机尺寸图
### 3.6 光学坐标系和原点
**光学坐标系：**
* 光学坐标系分为相机坐标系（CCS）和世界坐标系（WCS）；
* 相机坐标系：指的是深度图二维坐标系，相机的坐标原点指的是光学中心点；
* 世界坐标系：指的是点云图三维坐标系。
* 可以通过相机内参将深度图坐标系转换到点云图三维坐标系上，请参考SDK中的案例。
图3.6 光学坐标系
**相机的原点说明如下图所示：**
1. X坐标原点位于产品 X 方向轴线对齐；
2. Y坐标原点位于产品 Y 方向轴线对齐；
3. Z坐标原点位于相机前表面。
图3.7 相机原点示意图
### 3.7 产品接口
M4相机 5PIN端口定义如下所示(**注：出线端预留35mm安装位置/弯曲半径**)：
表3-3 引脚说明
| 端口 | 引脚 | 信号 | 说明 | 备注 |
| ---- | -- | ------ | --------- | -- |
| 插座定义 | 1 | VIN+ | 24V电源输入正端 | 棕色 |
| ㅤ | 2 | CAN\_L | CAN\_L | 白色 |
| ㅤ | 3 | GND | 信号地 | 蓝色 |
| ㅤ | 4 | VIN- | 24V电源输入负端 | 黑色 |
| ㅤ | 5 | CAN\_H | CAN\_H | 灰色 |
### 3.8 推荐安装方式
**相机实际使用中推荐以下3种安装方式。**
\*\*安装1：\*\*看不到右侧墙同时也看不到地面。相机放置在墙角，视野中只存在前方墙面，右侧墙未看到，相机的测距良好。如下图所示。
图3.8 安装方式一
\*\*安装2：\*\*看到右侧墙但看不到地面。相机放置墙角，视野中可看到右侧墙面，且相机距离右侧墙“d”最近为20cm。测距可满足±15mm。如下图所示。
图3.9 安装方式二
\*\*安装3：\*\*看到地面但看不到右侧墙。相机离地高度h建议安装在10cm\~30cm。如下图所示。
图3.10 安装方式三
相机在近地时，表现为靠近相机的地面过曝，且会影响其他区域，有杂光的影响且近地也会有多径的影响。如下图3.11 所示。
图3.11 近地时多径影响
杂光在成像光学主要表现为ghost与flare。如下图3.12所示：ghost与flare。
图3.12 杂光影响ghost与flare
因此，对于如下图会看到右侧墙同时又会看到地面的安装方式，\*\*不建议使用本产品。\*\*受地面杂光与墙面的多径的影响，对测距影响较为复杂。
图3.13 不建议使用的安装方式
***
## 4. 精准度说明
### 4.1 准度说明
消除传感器测量值与实际值之间的固定偏差，通常做法就是标定，在测量值和实际值之间建立映射关系。对于M4相机而言可以把相机固定在导轨上，对着一堵白墙测距，把每一个像素点的测量值和白墙成像区域与相机之间的距离建立起对应关系，再根据这种对应关系，在测量值上进行修正就可以获得较为准确的距离值，如图4.1所示。
图4.1 标定图
M4相机是一种主动测距方式，测量的准度受很多因素干扰，安装不合适可能会引入多路径等问题，导致测距准度失真。
尤其当相机安装在高反射率物体旁边，测量低反射率目标物体表现尤为突出。理想情况是按照蓝色路径进行测距，但是墙面反射的光也会传播到目标物体上再经过反射回到相机（绿色光路），甚至相机的照明光将旁边的高反射率物体照亮直接进入相机（红色路径），由于光学系统的不完美，形成眩光，干扰测距，如图4.2所示。
图4.2 相机安装图
### 4.2 精度说明
我们说的精度其实通常是指单点波动（1-σ），M4相机作为一种光电测量工具其精度免不了受AD转化、信噪比、系统噪声等影响。图4.3描述了测量精度与信号强度的关系。
图4.3 测量精度与信号强度关系图
M4相机测距就是把光电模拟信号转换成数字信号处理，ADC过程中，模拟信号相当于在最小分辨滤上进行了取整处理，这个过程必然会引入一部分噪声。1.1V的模拟信号可能只能识别成1V的信号，误差10%，模拟量10.1V的信号经过AD之后可能只能识别成10V的信号，误差1%，100.1V的信号识别成100V，误差1%。所以AD转化过程在信号强度比较低的时候尤其会引入噪声和误差。另外，TOF相机的信噪比SNR通常与积分时间t的关系为SNR∝1/√t，所以我们通过采用增加积分时间来提高信号强度。
***
## 5. 多机干扰说明
### 5.1 平行干扰
在实际环境中会存在两台相机平行安装，相机接受的光源信号不仅仅有自身相机返回的光源也有其他相同相机返回的光源，造成深度数据干扰。平行干扰是指两台M4相机平行放置探测同一方向时，相互间的干扰造成探测误差增大的现象。
为避免平行干扰，建议相机安装与水平方向有一定夹角。若必须安装与水平面夹角为0°，可以联系迈尔微视人员定制。
***
## 6. 软件简介
### 6.1 SDK介绍
通过SDK可初始化并启动相机、获取数据和关闭相机。在Linux或Windows以外的系统平台上进行相机应用开发可参照SDK中的源码进行相应移植开发。
表6-1 SDK说明
| 操作系统 | Linux\&Windows |
| ---- | ------------------------------ |
| 编程语言 | C/C++ |
| 数据格式 | 16位无符号短整型（unsigned short） |
| 使用方式 | 共享库文件（.so）、动态链接库（.dll）或集成SDK源码 |
### 6.2 SDK输出顺序
图6.1 SDK输出顺序
SDK以帧为单位输出设置分辨率大小的深度图数据、强度图数据，以一维数组形式排列，顺序以图像左上角像素为原点，依照从左到右，从上到下的顺序输出。如图6.1所示，先沿x轴输出再沿y轴输出，则形成如下输出顺序：
(x,y):(0,0)(0,1)(0,2)(0,…)(1,0)(1,1)(1,2)(1,…)(2,…)(3,…)(…,…)。
深度图每个像素以一个16位无符号短整型数表示被测物体到相机所在平面的距离。
强度图每个像素以一个16位无符号短整型数表示被测物体返回的强度。
### 6.3 IP地址
M4相机的默认产品IP 地址是 192.168.100.82，如想更换IP或者改成 DHCP方式，请通过迈尔微视提供的演示工具来修改。
### 6.4 演示软件
### 6.4.1 IP配置
配置前先将电源线接好，用网线连接好相机和电脑。相机默认出厂IP是192.168.100.82，因此需要配置IP。将当前电脑的IP改成192.168.100.x网段（非100.82），子网掩码改为255.255.255.0，具体操作为打开设置—以太网（选择更改适配器选项）—右键以太网属—Internet协议版本4（TCP/IPv4），例如IP地址改为192.168.100.20，子网掩码改为255.255.255.0。
### 6.4.2 打开软件
下载并安装软件，双击LxCameraViwer演示程序图标，上位机打开，自动搜索相机、打开相机并自动开始采集（单台相机连接时）。
**注意：首次运行软件，部分系统需要允许通过防火墙权限。**
软件包括基本功能、图像选择、相机配置以及相机信息。相机信息包括关键相机IP、ID、MAC、序列号信息，软件、算法的版本信息。勾选深度图、强度图、RGB、点云，对应图像则显示在中间边框内。
图6.2 图像显示
### 6.4.3 图形保存
点击保存，会保存所勾选的图像，默认保存在软件安装目录./data文件夹下。同时终端也会打印图像保存路径，例如：save path= ./data/相机ID。
保存之后如下图所示，其中“\_a”为强度图，“\_d”为深度图，“\_r”为 RGB（MONO） 图，.pcd表示点云。深度图、强度图格式为 PGM，RGB 为 PNG 格式，点云为 PCD 格式。
图6.3 图像保存
### 6.4.4 修改IP
输入需要的IP，例如192.168.10.199。再输入子网掩码255.255.255.0，输入网关：192.168.10.1（网关与所需要的IP同一个网段，网关只需要将最后一位改成1）；点击确认修改，给相机断电重启则完成IP修改。
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## 7. 主要功能
### 7.1 距离范围
M4相机测量距离为0.3\~5m，如需要特殊的距离范围，可以联系迈尔微视人员定制。
### 7.2 滤波处理
迈尔微视提供的SDK主要有以下几种滤波处理方式：
* 中值滤波
* 众数滤波
* 飞点去除
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## 8. 注意事项
### 8.1 激光安全等级
### 8.2 正确操作
M4相机采用直流电源24V供电；在接通电源前请先接好电源线，正负极请勿接反，接反有可能会损坏产品。
### 8.3 工作温度
使用过程中请注意工作环境温度不要超出产品规格表（表2-1）中标注的温度范围。请尽量把产品安装在金属支架等热传导较好的部件上，加快产品散热，从而达到最佳性能。
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## 9. 常见问题QA
表9-1 常见问题说明
| 序号 | 问题 | 说明 |
| -- | ---------- | --------------------------- |
| 1 | 点击打开相机没反应 | 请看下防火墙是否关闭，需要关闭防火墙 |
| 2 | 上位机获取到多个IP | 局域网内有相同IP被相机获取到，需要选择需要的IP打开 |
| 3 | 打开相机数据不稳定 | 相机建议使用千兆网线，使用百兆网线刚开始的数据会不稳定 |
| 4 | 软件安装位置 | 如安装默认C盘，可能有权限设置 |