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斯坦福大學(xué)研發(fā)出全新自動駕駛攝像頭-可觀察角落移動物體

2019-08-01 00:00:41·  來源：智車行家  
　
通過分析單個光粒子，斯坦福大學(xué)最新研發(fā)的攝像機(jī)系統(tǒng)可以重建房間大小的場景并移動隱藏在角落周圍的物體。這項工作有朝一日可以幫助自動駕駛汽車和機(jī)器人看得更
通過分析單個光粒子，斯坦福大學(xué)最新研發(fā)的攝像機(jī)系統(tǒng)可以重建房間大小的場景并移動隱藏在角落周圍的物體。這項工作有朝一日可以幫助自動駕駛汽車和機(jī)器人看得更清楚。

簡介

據(jù)外媒報道，近日斯坦福大學(xué)研究人員展示了一款全新的攝像頭系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于團(tuán)隊自主研發(fā)的拐角攝像頭打造，可捕獲各類物體表面反射的光線，擁有更寬、更遠(yuǎn)的視野以及更快的成像速度，足以監(jiān)控視線外的動作。

研究人員期望在未來的某一天，這類超人類視覺系統(tǒng)（superhuman vision systems）或?qū)椭詣玉{駛汽車及機(jī)器人提升其運行安全度，而非依賴于人類的指令引導(dǎo)。

由斯坦福大學(xué)（Stanford University）電氣工程專業(yè)的研究生David Lindell穿上了一件高能見度運動服，開始工作，伸展，踱步，跳過空蕩蕩的房間。通過遠(yuǎn)離Lindell的攝像機(jī) - 看似空白的墻 - 他的同事們可以看到他的一舉一動。

捕獲的測量結(jié)果以視頻的形式播放，當(dāng)從隱藏的物體向后散射時，光線會在墻上飛濺。（圖片來源：David Lindell）

實用性和地震學(xué)

保持系統(tǒng)的實用性是這些研究人員的首要任務(wù)。他們選擇的硬件，掃描和圖像處理速度以及成像風(fēng)格在自動駕駛汽車視覺系統(tǒng)中已經(jīng)很常見。用于觀察攝像機(jī)視線外部場景的先前系統(tǒng)依賴于均勻或強烈反射光的物體。但是現(xiàn)實世界的物體，包括閃亮的汽車，都不屬于這些類別。

所以這個系統(tǒng)可以處理從一系列表面反射的光線，包括迪斯科球，書籍和錯綜復(fù)雜的紋理雕像。并能夠以高能激光掃描周邊環(huán)境，反射到他周圍墻壁上的單個光粒子被攝像機(jī)的先進(jìn)傳感器和處理算法捕獲并重建。

斯坦福大學(xué)電氣工程助理教授戈登韋茨坦說，“人們都在談?wù)摯蛟煲豢顢z像頭，希望這類設(shè)備能夠具備像人類一樣的視覺能力，然后將該類攝像頭應(yīng)用到自動駕駛汽車和機(jī)器人中。

然而，我們想要打造的攝像頭系統(tǒng)，從功能性上講，要遠(yuǎn)超前者。我們想要攝像頭呈現(xiàn)3D視覺影像，且能兼顧環(huán)境場景的各個角落，采用可見光光譜（visible light spectrum）成像。

研究人員在8月1日舉行的SIGGRAPH 2019會議上展示了Lindell測試的攝像系統(tǒng)，該系統(tǒng)建立在該團(tuán)隊以前開發(fā)的角落攝影機(jī)上。

它能夠從更多種類的表面捕獲更多的光線，看得越來越遠(yuǎn)，并且足夠快，足以監(jiān)控視線移動 - 例如Lindell的健美操 。有一天，研究人員希望超視覺系統(tǒng)可以幫助自動駕駛汽車和機(jī)器人比人工引導(dǎo)更安全地運行。

角落攝像機(jī)近乎實時地重建大衛(wèi)林德爾在高能見度運動服中移動。（圖片來源：David Lindell）

該研究團(tuán)隊所用技術(shù)的先進(jìn)之處在于：其激光器的功能性要比一年前的同類產(chǎn)品強上千倍。該激光器可掃描場景中物體對立面的墻壁及反射到墻壁上的光。激光將反射到墻壁上，然后再反射回攝像頭傳感器。

盡管當(dāng)激光反射回到傳感器時仍處于粒子狀態(tài)，但傳感器依舊能捕獲所有的激光粒子，利用高效的算法來破解光回聲（echoes of light）背后隱藏的畫面。

“當(dāng)你看著激光掃描它時，你看不到任何東西”，David Lindell描述道。“有了這個硬件，我們基本上可以減慢時間并顯示這些光跡。它幾乎看起來像魔術(shù)”。該系統(tǒng)的掃描速率為4幀/秒，能夠以60幀/秒的速度重構(gòu)場景，但需要用到計算機(jī)和一款圖像處理軟件，后者可增強圖像處理能力。

為了推進(jìn)他們的算法，該團(tuán)隊尋求其他領(lǐng)域的靈感。研究人員特別關(guān)注地震成像系統(tǒng) - 它將聲波從地球的地下層反彈，以了解地表下面的東西 - 并重新配置他們的算法。結(jié)果是同樣的高速和低內(nèi)存使用率，并且他們能夠看到包含各種材料的大型場景的能力有所提高。

“有許多想法被用于其他空間 - 地震學(xué)，衛(wèi)星成像，合成孔徑雷達(dá) - 適用于四處觀察”，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)助理教授Matthew O'Toole說，“我們試圖從這些領(lǐng)域中稍微采取一些措施，我們希望能夠在某些時候回饋他們。”

循序漸進(jìn)的步驟

能夠看到角落周圍反射的不可見光的實時運動對于這支車隊來說是一個激動人心的時刻，但是自動駕駛汽車或機(jī)器人的實用系統(tǒng)將需要進(jìn)一步的改進(jìn)。“這是非常需要耐心的步驟。該運動仍然看起來分辨率低，而且速度不是超快，但與去年的最新技術(shù)相比，它是一項重大改進(jìn)”。

該團(tuán)隊希望在自動研究汽車上測試他們的系統(tǒng)，同時研究其他可能的應(yīng)用，例如可以透過組織看到的醫(yī)學(xué)成像。除了速度和分辨率的其他改進(jìn)之外，他們還將致力于使他們的系統(tǒng)更加通用，以應(yīng)對駕駛員遇到的具有挑戰(zhàn)性的視覺條件，例如霧，雨，沙塵暴和雪。
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