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| 本文作者： 趙青暉 | 2016-03-30 18:15 |
XBOX老玩家肯定都對Kinect非常的熟悉，這種3D體感攝影機讓人與游戲機的互動更加貼近，而Kinect這種擁有動作捕捉技術的設備也受到了機器人研究、自動駕駛等人工智能領域的重視，因為這個現成的、廉價的傳感器設備能幫助他們快速、低成本地對機器人的原型進行制作及測試，從而以簡單的方式讓機器人對所處環境進行分析。
不過Kinect也有它的缺陷，該設備的主要傳感方式是使用紅外光系統來捕捉外部物體圖像和測距，這種方式非常不穩定，因為很容易受到外界紅外光的干擾，陽光、火焰、熱源等都可能讓Kinect抓瞎，所以說，Kinect對外界的光纖要求非常高，在室內使用尚可接受，如果想在室外使用還遠遠達不到標準。
不過這種情況馬上就得以解決了，麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室（CSAIL）宣布，將在今年五月的國際機器人與自動化會議（International Conference on Robotics and Automation）上展示他們新的研究成果——10美元成本的紅外感應系統，該系統搭配手機使用，既可以室內與室外兼顧使用，還大大解決了紅外光干擾的問題。
根據麻省理工電氣工程和計算機科學教授Li-Shiuan Peh的介紹，目前紅外測距傳感器有好幾個品種，但它們的原理都是先發射激光刀環境中，并利用測量反射光來完成任務，但是陽光或人造光源等紅外光線會在一定程度上淹沒反射信號，似的測量結果毫無意義。如果想避免這些外部紅外光的干擾，還有一種方法就是，使用市面上能夠發射高能紅外脈沖的商業戶外測距儀，不過，這種測距儀為了減小對眼睛的傷害，發出的紅外脈沖都非常短，而檢測短暫的脈沖反射需要技術成本非常高，直接導致系統費用十分昂貴，動輒幾千甚至上萬美元，性價比不高。
而MIT研究出了一種新型的解決方案，他們在測量時，用機器定時多次發射低能脈沖，并捕捉四幀圖像，其中兩個記錄激光信號反射，另外兩個記錄環境紅外光，然后用激光反射信號的記錄結果減去環境背景光的記錄結果，從而計算出最終的距離。
在目前MIT的這套系統的原型中，MIT研究人員用到了帶有30fps的攝像頭的智能手機，每幀延遲約1/8秒，此外，MIT還為這套系統設定了最高精度，即為240fps的攝像頭可實現1/60秒延時。MIT將這套系統的測量方法稱為“主動式三角測量技術”，其原理為安裝在系統原型手機底部的激光發射器向一個單一平面發射激光，反射光的角度正好可以落在相機的二維傳感器上完成測量。
CSAIL的研究人員表示，目前該原型經過測試，在3-4米的范圍內，設備的精度可以達到毫米級，但是在距離5米左右的時候，精度誤差則減到了6厘米。不過MIT的研究團隊表示，他們已經在一輛由新加坡MIT研究與技術聯盟開發的高爾夫囚車上安裝了該系統，經過試驗，在15km/h的車速下進行測量的精度是足夠用的。
CSAIL的研究院表示，未來相機技術的不斷進步也將對系統提高精度有很大的幫助，只是目前大多數手機攝像頭都使用滾動式快門，這也就意味著，相機只有當讀取完所有的測量數據之后才會開始下一次測量，這種持續的讀取過程將用時大約1/30秒，在這其間其實還可以測量很多次，因此在MIT的這個系統的原型中，發射的脈沖必須要有足夠長的時間才行，在未來，如果智能手機的快門配備了更優秀的解決方案，那么該系統也就能發射更短的光脈沖，測量的有效范圍也會得到相應的增加。
MIT的研究團隊表示，在技術成熟之后，這種新型廉價的紅外傳感系統將會應用到無人駕駛汽車、機器人、快遞無人機等領域，使得這些領域在傳感器上投入的成本大大降低。
具體的細節還得等五月召開的國際機器人與自動化會議上才能揭曉，讓我們拭目以待。
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