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其中两帧记录激光信号的反射
发布时间:2019-03-13 14:01

  微软Kinect对机器人研究人员来说是一个福音。便宜的,现成的深度传感器使他们能够快速且经济高效地对创新系统进行原型设计,使机器人能够映射,解释和导航其环境。

  但像Kinect这样的传感器,使用红外线来测量深度,很容易被环境红外线混淆。即使在室内,它们往往需要低光照条件,而在室外,它们则无望。

  在5月举行的国际机器人与自动化大会上,来自麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究人员将展示一种新的红外深度感应系统,该系统由连接有10美元激光的智能手机构建而成,可在室外工作。如在。

  研究人员设想,带有便宜的内置红外激光器的手机可以卡入个人车辆,如高尔夫球车或轮椅,以帮助他们自主。该系统的一个版本也可以内置到小型自动机器人中,例如亚马逊提出的包裹式无人机,其在不可预测的环境中的广泛部署将禁止使用昂贵的激光测距仪。

  “我的团队一直在大力推动以智能城市为中心的以设备为中心的方法,而今天主要是以车辆为中心或以基础设施为中心的方法,”电气工程和计算机科学教授Li-Shiuan Peh说道,他们开发了该系统。“这是因为手机的升级和更换周期比车辆更快。在十年的时间内更换汽车,而手机每隔一两年更换一次。这导致司机今天只使用手机GPS,如同它运作良好,无处不在,并保持最新状态。我相信设备行业将越来越多地推动交通运输的未来。“

  加入Peh的第一作者是Jason Gao,他是麻省理工学院电子工程和计算机科学博士生,也是Peh集团的成员。

  红外深度传感器有多种类型,但它们都会向环境中发射激光并测量反射。来自太阳或人造光源的红外光可以淹没反射信号,使测量无意义。

  为了补偿,商用激光测距仪使用更高能量的光爆发。但为了限制眼睛受损的风险,这些爆发需要非常短暂。并且检测这种短暂的反射需要复杂的硬件,将设备的成本推到数千美元。

  相反,高和Peh的系统执行多次测量,将它们计时到低能量光突发的发射。基本上,它捕获四帧视频,其中两帧记录激光信号的反射,其中两帧仅记录环境红外光。然后它简单地从其他测量值中减去环境光。

  在他们的原型中,研究人员使用了一台每秒30帧的相机,因此拍摄四张图像会延迟大约八分之一秒。但是,每秒240帧的相机可以将这种延迟减少到60秒,已经商用了。

  该系统使用称为主动三角测量的技术。安装在原型手机底部的激光器在一个平面内发光。因此,可以从它落在相机的2-D传感器上的位置测量返回光的角度。

  在3到4米的范围内,系统测量深度到以毫米为单位测量的精度,而在5米时,精度下降到6厘米。研究人员在新加坡 - 麻省理工学院研究与技术联盟开发的无人驾驶高尔夫球车上测试了他们的系统,并发现其深度分辨率应足以满足以每小时15公里的速度行驶的车辆的速度。

  然而,相机技术的迫在眉睫可以改善这些数字。目前,大多数手机摄像头都有所谓的卷帘门。这意味着相机会从一排光电探测器读取测量值,然后再转到下一个。持续三十分之一秒的曝光实际上可能包括一千次连续的一行测量。

  在Gao和Peh的原型中,出射光脉冲因此必须持续足够长的时间,无论它碰到哪一行,它的反射都会记录。然而,未来的智能手机相机将具有“全局快门”,这意味着它们将立即从所有光电探测器读取测量结果。这将使系统能够发出更短的光突发,因此可以具有更高的能量,从而增加有效范围。