研究人員開發(fā)了一種新的3D方法，可用于以前所未有的高速度跟蹤快速移動的物體。這種基于單像素成像的實(shí)時跟蹤方法可用于改進(jìn)自動駕駛、工業(yè)檢查和安全監(jiān)控系統(tǒng)。
中國清華大學(xué)研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)人耿子涵表示：“我們的方法不需要重建物體的圖像來計算其位置，這大大降低了數(shù)據(jù)存儲和計算成本。”
“具體來說，獲取3D坐標(biāo)僅需要6個字節(jié)的存儲空間和2.4µs的計算時間。通過降低計算成本并提高效率，它可以降低高速跟蹤所需設(shè)備的成本，使該技術(shù)更易于獲取并實(shí)現(xiàn)新的應(yīng)用。”
在《光學(xué)快報》上，研究人員展示了一種比傳統(tǒng)基于視頻的方法快200多倍的跟蹤速度。該跟蹤方法不需要任何先前的運(yùn)動信息，并且可以用最少的計算資源來執(zhí)行。
“這項(xiàng)技術(shù)可以增強(qiáng)自動駕駛汽車等技術(shù)的感知能力，改善安全監(jiān)控系統(tǒng)，并為工業(yè)檢測提供更高效的監(jiān)控和質(zhì)量控制，”耿說。“此外，這種高速定位技術(shù)可用于科學(xué)研究，例如昆蟲飛行軌跡研究。”
單像素成像是一種計算方法，使用單個探測器而不是傳統(tǒng)的像素陣列來獲取測量值。它通常涉及用一系列圖案照亮場景，然后用單像素探測器測量相應(yīng)的強(qiáng)度值。
為了創(chuàng)建更實(shí)用的用于物體追蹤的單像素成像系統(tǒng)，研究人員實(shí)施了一種非正交投影方法，該方法比通常使用的正交方法更有效。
這涉及將幾何光圖案投射到兩個非正交平面上，從而創(chuàng)建用于計算物體位置的3D坐標(biāo)。非正交投影還可以減小整個系統(tǒng)的尺寸，使其更易于組裝和實(shí)施。
高速跟蹤
在使用模擬驗(yàn)證了他們的方法后，研究人員使用單像素成像裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，該裝置包括用于主動照明的532nm激光器、用于創(chuàng)建光圖案的具有20kHz調(diào)制率的數(shù)字微鏡設(shè)備(DMD)和兩個用于收集光信號的單像素探測器。
為了測試追蹤能力，他們讓一個帶有中心孔的金屬球在重力作用下沿著彎曲的螺旋線移動，同時用光圖案進(jìn)行照射。他們利用探測器的信號計算物體的三維位置，然后利用坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)來計算物體的運(yùn)動軌跡。
通過這種方法，他們以20kHz的調(diào)制率實(shí)現(xiàn)了DMD的6667Hz的跟蹤率。
研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)的主要挑戰(zhàn)在于，目前它只能用于追蹤單個物體。他們目前正在開發(fā)一種使用單像素成像來追蹤多個物體的方法。
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