探測視域外物體,史丹佛大學新型雷射技術堪稱「透視眼」

作者 | 發布日期 2018 年 03 月 09 日 8:15 | 分類 光電科技 , 零組件 follow us in feedly

無論是追球玩的小朋友、突然出現的牛群還是拋錨的汽車,這些意外障礙對汽車駕駛者來說都是致命的。但是史丹佛大學的研究人員經過努力,已經研發出相關雷射技術,可預見危險狀況。



近日,史丹佛大學 SCIL(Stanford Computational Imaging Lab)實驗室的研究人員在《Nature》雜誌發表了論文,對外闡述新型雷射技術到底是如何工作的。

基於這技術的雷射系統能有效產生藏在轉角後物體的圖像,讓自駕車可提前「看見」還未出現在視域中的障礙物。

「有一種先入為主的觀念是,你無法對那些沒有被攝影機直接看見的物體進行成像處理,而我們找到了跨越這些限制的辦法。」論文聯合作者、史丹佛大學博士後 Matthew O’Toole 表示。

他們找到的解決之道是基於光學雷達技術方案。大家知道光學雷達很多時候用於測繪,技術原理主要是透過向物體表面發射雷射脈衝,並且測量光反射回來所需時間,這些數據之後會由研究人員用來搭建物體表面的 3D 模型。

不過史丹佛大學的新技術在這個基礎上更進一步,使用雷射探測轉角後的物體,「幾乎就是一種魔法,」O’Toole 感歎。

為了更直覺解釋技術原理,史丹佛大學還為這個團隊和技術拍攝了一段說明短片。

短片中,O’Toole 和同事描述了他們如何搭建一個展示模型。這個模型中,雷射發射器和光子探測器放置在被探測物體(實際是一隻兔子)旁邊牆壁(P 字母所在的位置)的前面,同時在被探測物體與雷射發射器、光子探測器之間,是一塊實體擋板,製造了轉角情境。

這個場景中,雷射脈衝(深紅的直線)開始以某個角度向牆壁發射,脈衝打在牆壁上後,產生反射,這裡的反射是向多個角度發散。

研究團隊對收集直接從牆壁反彈到探測器的光子並不感興趣,他們想收集的是經過牆壁反彈、繼續射向那隻兔子然後再反彈、分散後的光子。「我們尋找的是經過第二次、第三次,甚至是第四次反彈之後的光子,這樣的光子能對隱藏物體進行編碼和模型構建。」O’Toole 解釋。

上述流程有一個問題是,射出的雷射脈衝打在牆上某點,而團隊要收集的返回信號則是來自另一個點。在這裡,O’Toole 和同事使用一種獨特的技術,可讓雷射發射器和光子探測器指向相同的點。

然後,團隊利用信號時差的原理,將那些直接反彈回來的光子移除,演算法將那些保留的光子重建、塑形,逐漸形成清晰的轉角後隱藏物體的 3D 模型。

「這是一個非常簡單的調整成像法,但對你如何從這些訊息中重建圖像具有重要意義。」O’Toole 表示。他還指出,這樣的設置占用更少儲存空間,處理起來也沒那麼費力,還能生成更高解析度的圖像。

完成了那隻兔子的成像之後,O’Toole 團隊又將技術運用在現實生活,包括對轉角的「Exit」字樣進行 3D 重建。

說到這項新技術的拓展應用時,O’Toole 說,因為道路標誌和自行車等物體的高反射性特質,所以他們的雷射技術很適合運用到自駕車領域。

不過,依然有許多障礙。

比如,對牆體的初次掃描要花上 1 分鐘到幾個小時不等,這是影響系統處理速度穩定性的重要因素;而且,針對一些反射性不那麼強的物體如人體、動物等,系統如何應對;此外,室外是強光環境時,這項技術如何應對?無疑,史丹佛大學的團隊還需要思考更多。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:史丹佛大學