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

在当今科技飞速发展的时代，深度感知技术在众多领域都有着广泛的应用，如机器人导航、3D扫描、增强现实等。Intel推出的RealSense LiDAR Camera L515无疑是深度感知领域的一颗璀璨明星。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

文件下载：82638L515G1PRQ.pdf

一、产品概述

Intel RealSense LiDAR Camera L515是Intel首次推出的LiDAR相机，它以小巧的外形实现了高精度的深度感知。其直径仅61mm，高度26mm，重量约100g，轻松握于掌心，可方便地安装在任何系统上，也能与平板电脑或手机连接。而且，它的功耗低于3.5W，远低于同类飞行时间（TOF）解决方案，所有深度计算都在设备上完成，真正实现了平台独立。

这款相机的曝光时间短至每个深度点小于100ns，即使是快速移动的物体也能以最小的运动模糊捕捉到。它针对室内照明进行了优化，通过定制的ASIC每秒可处理超过2300万个深度点。此外，还配备了RGB相机和惯性测量单元（IMU），具有很强的用例灵活性。

主要特性

1. 深度捕捉范围：可实现0.25 - 9m的深度捕捉（在95%反射率下测试）。
2. RGB相机：配备2MP的RGB相机，且始终处于开启状态。
3. IMU：集成了惯性测量单元，可检测3维加速度和3维旋转。
4. 帧率：深度图像在1024x768（XGA）分辨率下可达30FPS，彩色图像在1920x1080（FHD）分辨率下可达30FPS。
5. 激光等级：符合1类激光标准。
6. 设备精度健康监测：具备设备精度健康监测功能。

最低系统要求

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

二、技术原理

LiDAR（光检测和测距）是一种利用激光和接收器测量物体距离的遥感技术。L515使用IR激光、MEMS、IR光电二极管、RGB成像器、MEMS控制器和视觉ASIC。MEMS用于将IR激光束扫描到整个视场（FOV），视觉ASIC处理光电二极管捕获的反射光束数据，并输出表示场景中特定点与相机准确距离的深度点。这些深度点聚合后可生成表示整个场景的点云深度数据。

三、功能规格

1. 深度相机规格

• 相机精度健康监测：为确保L515深度技术的长期最佳精度，Intel利用RGB相机实现了额外的精度保证方法。该功能作为Intel RealSense SDK 2.0的一部分在主机上运行，需要将一些RGB帧发送到主机，用于分析场景并与深度相机进行比对，以验证两个相机之间的对齐情况。此功能自动启用，用户无需手动操作，且在开源的Intel RealSense SDK 2.0中完全透明。
• 深度相机控制和数据格式：为实现相机的最佳性能，根据应用的所需范围提供了三种预设模式。
  • 最大范围预设：适用于场景中没有环境光的情况（如完全在室内且没有光线透过窗户）。在此预设下，激光功率和接收器增益设置为最大，可优化室内条件下的深度质量。
  • 短距离预设：降低激光功率和增益，避免近距离物体使接收器饱和，适用于近距离操作，但对于远距离物体的表现可能不佳。
  • 无环境光预设：与最大范围预设类似，但激光功率较低，可避免在超过模糊范围（10m - VGA，6.5m - XGA）的物体上产生错误深度。
  • 低环境光预设：推荐用于可能存在少量环境阳光的环境。激光功率设置为最大，但接收器增益降低，以避免环境阳光导致相机饱和，也适用于检测近距离物体（<50cm）的情况。

深度和红外数据格式包括：	FORMAT	KEY	TYPE	DESCRIPTION
Depth	Z	16b UINT	表示从设备子组件平面表面到物体的距离
Infrared	Y8	8b UINT	表示场景中物体反射的IR激光强度的IR图像
Confidence	C	4b UINT	提供每个像素的置信度值，0xF表示高置信度，0x0表示低置信度

2. 深度质量指标

深度质量指标主要包括深度精度和深度标准偏差。	METRIC	DEFINITION
Depth Accuracy	表示有效像素相对于真实值的平均差异
Depth Standard Deviation	表示深度值相对于真实值的总分布（噪声）

在VGA分辨率、95%反射率的条件下，深度精度平均值在9m处小于14mm，在1m处小于5mm；深度标准偏差在9m处为15.5mm，在1m处为2.5mm。曝光时间每个深度点小于100ns，可有效抵抗运动模糊，照明条件要求小于500 lux阳光（0.4uW/cm²/nm）。

3. 深度起始点和原点坐标

深度起始点（地面零参考点）是指深度值为0的起始点或平面，对于L515相机，该点从相机前盖玻璃开始计算，其值为 -4.5mm。如果深度测量参考是前盖玻璃，则应将该值的绝对值加到测量值上以确定真实值，此值可通过Intel RealSense SDK 2.0 API读取。

深度原点的X - Y坐标是IR发射器的X - Y中心。

4. 图像格式和彩色相机功能

彩色相机支持多种图像格式和帧率，具体如下：	Format	Resolution	Frame Rate (FPS)	Comment
YUY2	1920x1080	6,15,30	来自RGB相机的彩色流
	1280x720	6,15,30,60
	960x540	6,15,30,60

彩色相机的帧率为标称值，实际帧率可能会根据相机的曝光设置而变化，增加曝光时间的相机设置会降低实际帧率。彩色相机还提供了多种控制选项，如自动曝光模式、手动曝光时间、亮度、对比度、增益、色调、饱和度、锐度、白平衡温度控制等。

5. IMU规格和操作模式

L515集成的IMU型号为Bosch BMI085，具有6个自由度，加速度范围为±4g，加速度计输出数据速率为100Hz/200Hz/400Hz，陀螺仪范围为±1000 Deg/s，陀螺仪输出数据速率为100Hz/200Hz/400Hz，数据格式为32b Float。加速度计和陀螺仪的数据流可通过Intel RealSense SDK 2.0获取。

6. 设备固件更新

固件包含操作指令，运行时，视觉ASIC加载固件并对组件寄存器进行编程。如果视觉ASIC配置为更新或恢复，则可以更改固件的解锁读写区域。固件更新时，固件实用程序会向视觉ASIC发出设备固件更新命令，视觉ASIC将重置为固件更新模式，固件实用程序使用单个二进制文件来维护固件映像。固件更新引擎对固件版本的更新次数有限制，基于安装的最新固件版本建立基线版本，允许返回上一版本或基线版本最多20次，第20次更新后，只能更新到高于基线版本的固件修订版。

四、硬件规格

1. 设备组件

L515的主要组件包括：	Component	Description
BMI085	集成加速度计和陀螺仪
OV2740	RGB图像传感器
IR emitter	860nm IR激光发射器

2. 彩色相机属性

彩色相机具有以下属性：	Parameter	Camera Sensor Properties
Color Image Signal Processor	嵌入式
Active Pixels	1920 X 1080
Sensor Aspect Ratio	16:9
Format	1/6”
F Number	2.0
Focal Length	1.88mm
Focus	固定
Shutter Type	滚动快门
Signal Interface	MIPI CSI - 2, 2X Lanes
Horizontal Field of View	69° +/- 1°
Vertical Field of View	42° +/- 1°

3. 电源消耗

L515通过USB VBUS电源经USB Type - C连接到主机平台，同一根电缆用于数据传输。电源要求为：VCC供电电压在4.5 - 5.5V之间，标称值为5V。不同工作模式下的功耗如下：	Model	Idle Power (W)	Normal Power (W) Typical Usage Configuration (@ 25⁰C)	Notes
L515	0.8	3.0	Depth (VGA)
	3.2	Depth (VGA) + RGB (1080p, 30FPS)
	3.1	Depth (XGA)
	3.3	Depth (XGA) + RGB (1080p, 30FPS)

4. 相机接口

L515的接口为USB 3.0 Type - C，支持最大包胶尺寸为6.5mmx12mm的标准USB3电缆。

5. 存储和操作条件

存储和操作条件如下：	Parameter	Condition	Min	Max	Unit
Storage (Still Air), Not Operating	Sustained, Controlled	0	50	°C
Short Exposure	-20	70	°C
Humidity, Non - Condensing	Temperature/ RH: 40°C / 90%
Operating	Ambient temperature range when the device is streaming	0	30	°C
Skin Temperature @ 25°C Ambient	Camera housing temperature	N/A	50	°C

6. 材料、供应商和设备ID

相机的产品标识符和材料代码为999NGF，供应商ID为8086，设备ID为0x0B64。

五、软件开发工具包（SDK）

Intel RealSense SDK 2.0是一个跨平台库，用于与L515相机配合使用，它是开源的，可从https://www.intelrealsense.com/sdk - 2/ 获取。SDK至少包括以下部分：

• RealSense Viewer：可用于查看、记录和回放深度流，设置相机配置和其他控制。
• 深度质量工具：用于测试深度质量，包括到平面的距离精度、Z精度、Z精度的标准偏差和填充率。
• 调试工具：命令行工具，用于收集数据并生成日志，辅助相机调试。
• 代码示例：展示如何在应用程序中使用SDK，包括D400系列相机的代码片段。
• 包装器：支持常见编程语言和环境，如ROS、Python、Matlab、node.js、LabVIEW、OpenCV、PCL、.NET等。

六、机械规格

1. 机械尺寸

L515的机械尺寸如下：	Dimension	Nominal	Unit
Diameter	61	mm
Height	26	mm
Weight	95	g

将其集成到系统中时，建议通过产品背面的两个M3安装螺丝孔进行固定，并且冷却通风口必须始终保持畅通，通风口周围需要12mm的间隙以保证气流。

2. 相机盖材料清洁程序

清洁相机盖材料时，不要使用任何化学物质或水，先用镜头吹风机刷尽可能去除盖材料上的灰尘和污垢，然后用干燥、干净的微纤维布擦拭。

七、法规和生态合规

1. 系统激光合规

L515的认证可转移到系统，无需对系统进行重新认证，但最终产品的用户手册中必须包含以下声明和标签：

• 认证声明：该产品在国际上根据EN/IEC 60825 - 1，第3版（2014）被归类为1类激光产品。在美国，该产品符合21 CFR 1040下的激光产品性能标准，但关于2018年8月28日生效的2018 - V - 3042 - 0001号差异授权的特性除外。
• 警示声明：使用非本文件指定的控制、调整或执行程序可能会导致危险的辐射暴露；如果观察到任何外部损坏，请勿给产品通电；不要尝试打开该激光产品的任何部分，没有用户可维修的部件；打开时会有不可见的激光辐射，避免直接暴露在光束中；立体模块和红外投影仪没有服务/维护、修改或拆卸程序，系统集成商在进行任何故障分析之前必须通知Intel或退回模块；修改或维修立体模块（特别是红外投影仪）可能会导致辐射超过1类；不要尝试更新未针对特定相机模块SKU和版本正式发布的相机固件。
• 嵌入式激光信息：波长（0 - 50°C）为844 - 875nm；光束发散角（无准直）为（6x10）度到（15 - 21）度（平行x垂直）；脉冲持续时间为1ns，重复率为500 MHz；上升/下降时间为300ps；最大功率或能量输出为240mW。
• 美国FDA准入编号：L515的美国FDA准入编号为1820840，该编号应填入美国食品药品监督管理局（FDA）2877号进口受辐射控制标准约束的电子产品声明的B.1框中。

2. 制造商信息

制造商为Intel Corporation，地址为2200 Mission College Blvd, Santa Clara, CA 95054 - 1549, USA。欧盟单一联络点为Intel Deutschland GmbH，地址为Am Campeon 10 - 12, Neubiberg, 85579 – Germany。

3. 生态合规

• 中国RoHS声明：产品中部分部件可能含有有毒有害物质，如印刷电路板组件中铅的含量可能超出GB/T 26572标准规定的限量要求，而相机、三脚架和电缆等部件中的有毒有害物质含量均在标准规定的限量要求以下。
• 电子电气设备废弃物（WEEE）：在欧盟，该产品不能与家庭垃圾一起处理，用户有责任将其带到指定的电子电气设备废弃物回收点。

八、总结

Intel RealSense LiDAR Camera L515以其小巧的外形、高精度的深度感知、低功耗等特点，为深度感知应用提供了一个优秀的解决方案。无论是机器人导航、3D扫描还是增强现实等领域，L515都能发挥重要作用。同时，丰富的SDK和完善的合规性也为开发者和用户提供了便利。你是否在项目中考虑过使用这样的深度相机呢？欢迎在评论区分享你的想法。