康謀分享 | aiSim5 物理相機(jī)傳感器模型驗(yàn)證方法（一）

aiSim5可以實(shí)時(shí)模擬復(fù)雜的傳感器配置，在多GPU分布式渲支持的支持下，aiSim可以渲染20多個(gè)攝像頭、10多個(gè)雷達(dá)和10多個(gè)激光雷達(dá)在同一環(huán)境下運(yùn)行。aiSim5獨(dú)有的實(shí)時(shí)渲染引擎能夠滿足對(duì)物理精確環(huán)境和天氣模擬的所有要求，具有完全的決定性和可重復(fù)性。

圖1：aiSim5重建場(chǎng)景（來(lái)源：軟件模擬截圖）

圖2：真實(shí)場(chǎng)景（來(lái)源：筆者拍攝）

aiSim5基于物理的相機(jī)模型將會(huì)通過(guò)以下方法驗(yàn)證其與真實(shí)世界的相關(guān)性：

一、光照度測(cè)試

aiSim?擁有內(nèi)置的光照度傳感器，因此可以使用光照度傳感器對(duì)aiSim的照明模型和材質(zhì)進(jìn)行端到端的驗(yàn)證。

1、例1：在?aiSim?中重新模擬一個(gè)高速公路場(chǎng)景，并匹配相應(yīng)的天氣效果。

目前我們已經(jīng)使用安裝在數(shù)據(jù)收集車的頂部的光照度傳感器進(jìn)行了測(cè)量，如圖3展示的2023年6月光照度變化圖。圖3中的尖峰代表陰影區(qū)域，其他變化則是由移動(dòng)的云層引起的。

圖3（來(lái)源：軟件截圖）

目前正在?aiSim?中重建這一場(chǎng)景并測(cè)試這一光照度測(cè)量結(jié)果。

2、例2：驗(yàn)證人工照明模型以及aiSim車庫(kù)地圖的相關(guān)性時(shí)，可以在車庫(kù)使用匹配的光照屬性進(jìn)行重新模擬，aiSim 中會(huì)產(chǎn)生相似的結(jié)果。

圖4：真實(shí)世界中進(jìn)行傳感器標(biāo)定的場(chǎng)景（來(lái)源：筆者拍攝）

圖5：aiSim中搭建的用于相機(jī)標(biāo)定車庫(kù)場(chǎng)景（軟件模擬截圖）

二、色彩校準(zhǔn)測(cè)試

1、簡(jiǎn)介

在進(jìn)行相機(jī)圖像匹配時(shí)，使用Color?Correction?Matrix?(CCM)?是一種有效的方法，可以通過(guò)對(duì)已知相機(jī)拍攝的參考照片和aiSim渲染的Macbeth色板圖表進(jìn)行比較來(lái)計(jì)算CCM。

圖6（軟件截圖）

圖7（軟件介紹）

2、步驟

具體步驟如下：

• 準(zhǔn)備參考照片：首先，需要一張使用已知相機(jī)拍攝的Macbeth色板的照片。Macbeth色板是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的顏色樣本集，通常用于色彩管理和校準(zhǔn)。
• 獲取aiSim渲染的Macbeth色板：接著，你需要在aiSim中創(chuàng)建一個(gè)Macbeth色板的渲染圖。確保渲染環(huán)境的光照條件與參考照片盡可能一致，以便更準(zhǔn)確地匹配顏色。
• 應(yīng)用CCM：計(jì)算出CCM后，aiSim可以將其應(yīng)用于aiSim的圖像輸出，進(jìn)行顏色校正。
• 驗(yàn)證和調(diào)整：應(yīng)用CCM后，比較aiSim輸出的顏色與參考照片的顏色。如果存在差異，可能需要進(jìn)一步調(diào)整CCM的參數(shù)或重新計(jì)算，直到達(dá)到滿意的匹配效果。

通過(guò)這種方法，可以確保aiSim的輸出顏色與實(shí)際拍攝的照片顏色盡可能一致，從而提高圖像的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

三、離線仿真器驗(yàn)證

1、簡(jiǎn)介

也可以采用基于物理的渲染（PBR）離線渲染器進(jìn)行比較。

2、步驟

以下是詳細(xì)的驗(yàn)證步驟：

• 構(gòu)建相同樣本場(chǎng)景：在aiSim和參考渲染器中構(gòu)建相同的樣本場(chǎng)景。這包括場(chǎng)景中的所有物體、材質(zhì)、光照條件等，以確保兩個(gè)環(huán)境中的變量盡可能一致。
• 使用相同的相機(jī)參數(shù)：使用相同的相機(jī)外部參數(shù)（extrinsic）和內(nèi)部參數(shù)（intrinsic）來(lái)拍攝場(chǎng)景。外部參數(shù)涉及相機(jī)在世界空間中的位置和方向，而內(nèi)部參數(shù)則包括焦距、畸變等相機(jī)特有的屬性。
• 進(jìn)行HDR或LDR驗(yàn)證：無(wú)論是高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）還是低動(dòng)態(tài)范圍（LDR）驗(yàn)證，都可以用于比較兩個(gè)渲染器生成的圖像。選擇哪種驗(yàn)證方式取決于場(chǎng)景的光照條件和所需的驗(yàn)證精度。
• 比較生成圖像的差異：對(duì)aiSim生成的圖像和參考渲染器生成的圖像進(jìn)行比較?？梢酝ㄟ^(guò)視覺(jué)檢查或使用圖像分析工具來(lái)量化差異，如計(jì)算顏色偏差、亮度對(duì)比度等。
• 多場(chǎng)景驗(yàn)證：通過(guò)多個(gè)不同的場(chǎng)景來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)的不同部分，例如只驗(yàn)證人工光源，或者只驗(yàn)證天空和太陽(yáng)的效果等?？梢詭椭R(shí)別和隔離特定問(wèn)題，提高驗(yàn)證的針對(duì)性和效率。

以上方法均適用于驗(yàn)證aiSim相機(jī)傳感器模型與現(xiàn)實(shí)世界或高精度的離線渲染器的相關(guān)性。