使用 LiDAR 增強傳統(tǒng)機器視覺以提高應(yīng)用程序和系統(tǒng)的能力

作為人類，我們有幸擁有非凡的生物傳感器，例如我們的眼睛和耳朵，以及我們大腦形式的令人難以置信的處理器。那些創(chuàng)建機器視覺系統(tǒng)的人開始嘗試使用在視覺光譜中運行的成像傳感器以及人工智能 (AI) 和機器學(xué)習(xí) (ML) 技術(shù)來提供對象檢測和識別功能來復(fù)制我們的人類能力。通過使用雙傳感器提供雙目視覺和深度感知，可以進一步提高這些系統(tǒng)的熟練程度。

問題在于，盡管傳統(tǒng)的機器視覺系統(tǒng)非常出色，但它們也存在與人眼相同的問題，例如受限于可見光譜，以及在低光和惡劣天氣條件下（例如下雨、雪和霧。想象一下如果這些機器視覺系統(tǒng)能夠克服這些限制的可能性。在這里，我們將探討與傳統(tǒng)成像系統(tǒng)相關(guān)的挑戰(zhàn)，以及針對未來成像應(yīng)用（例如人員跟蹤、體積測量、機器人技術(shù)等）的解決方案。

傳統(tǒng)成像系統(tǒng)的問題

傳統(tǒng)和熱傳感器的一個缺點是，它們在確定距離和跟蹤多個運動中的物體時并不是非常有效，因為它們在彼此前面或后面經(jīng)過?？朔讼拗频囊环N選擇是使用一個或多個光檢測和測距（也稱為激光成像、檢測和測距 (LiDAR) 傳感器）來增強傳統(tǒng)和熱成像傳感器。

傳統(tǒng)成像系統(tǒng)被歸類為無源成像系統(tǒng)，因為它們可以檢測來自外界的任何電磁能量，例如可見光或紅外線。相比之下，LiDAR 被歸類為主動遙感系統(tǒng)，因為它使用快速發(fā)射的激光產(chǎn)生光。LiDAR 系統(tǒng)測量發(fā)射光傳播到它前面的任何物體并再次返回所需的時間。這些時間用于計算行進的距離。

與標(biāo)準(zhǔn)成像系統(tǒng)創(chuàng)建 2D 像素陣列（圖片元素）的方式大致相同，LiDAR 成像系統(tǒng)創(chuàng)建 3D 體素陣列（體積元素）。LiDAR 使用的窄激光束可以以非常高的分辨率檢測和映射物理特征。事實上，在需要高分辨率和高精度深度數(shù)據(jù)的應(yīng)用中，LiDAR 的性能明顯優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)立體深度相機。

根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用，設(shè)計人員可以將 AI/ML 系統(tǒng)與各種傳感器組合結(jié)合使用，包括：

提供物體檢測和識別的傳統(tǒng)圖像傳感器

用于擴展可觀測光譜的熱圖像傳感器

LiDAR 傳感器提供高度準(zhǔn)確的測量、運動和跟蹤功能

讓我們看一個可能的用例。考慮 COVID-19 大流行。感染冠狀病毒的人的一個癥狀是體溫升高。設(shè)計人員可以使用熱傳感器和 LiDAR 傳感器增強傳統(tǒng)的機器視覺系統(tǒng)，以檢測機場旅客休息室等環(huán)境中的潛在載體。

介紹英特爾?實感? LiDAR 攝像頭L515

英特爾的實感技術(shù)提供了多種基于視覺的解決方案，旨在讓您的設(shè)計能夠理解 3D 世界。該系列的最新成員是Intel ? RealSense ? LiDAR Camera L515（圖 1），它擁有世界上最小（直徑 61 毫米，深度 26 毫米）和最節(jié)能的高分辨率 LiDAR 的權(quán)利，能夠每秒捕獲數(shù)千萬個體素。

圖 1：英特爾?實感? LiDAR 攝像頭L515的直徑小于網(wǎng)球。（來源：英特爾）

L515 基于專為室內(nèi)應(yīng)用設(shè)計的革命性固態(tài) LiDAR 深度技術(shù)，非常適合需要高分辨率和高精度深度數(shù)據(jù)的應(yīng)用。L515 的檢測范圍為 0.25 米至 9 米，每秒提供超過 2300 萬個精確體素，深度分辨率為 1024 x 768，每秒 30 幀 (fps)。對于需要結(jié)合傳統(tǒng)機器視覺和 LiDAR 的應(yīng)用，L515 還具有全高清 (FHD) RGB 視頻攝像頭傳感器，以及 MEMS 加速度計和 MEMS 陀螺儀等附加傳感器（圖 2）。

圖 2：英特爾?實感? LiDAR 攝像頭 L515 的分解圖（來源：英特爾）

此外，L515 擁有一個內(nèi)部視覺處理器，可以執(zhí)行運動模糊偽影減少等任務(wù)，從而從主機處理器卸載此類任務(wù)。輕巧的 L515 功耗不到 3.5 瓦，使其成為市場上世界上最節(jié)能的高分辨率 LiDAR 相機。小尺寸和低功耗的結(jié)合使 L515 成為手持產(chǎn)品和小型自主機器人應(yīng)用的理想選擇。

如果您有興趣在自己的設(shè)計中利用 L515，英特爾的開源實感軟件開發(fā)套件 (SDK) 2.0 是跨平臺和獨立于操作系統(tǒng)的。除了 Windows、Linux 和 Android，您還可以在 Jetson TX2、Raspberry Pi 3 和 macOS 平臺上安裝 SDK 2.0。

L515 使用與所有其他當(dāng)前一代實感技術(shù)系列設(shè)備相同的 SDK，從而允許從英特爾的任何其他 3D 相機輕松過渡。這里的想法是開發(fā)一次，然后部署到任何當(dāng)前或未來的英特爾實感深度設(shè)備上。我們當(dāng)中有誰會反對這樣的哲學(xué)呢？

探索可能性

L515 的潛在應(yīng)用會讓任何設(shè)計人員頭疼。LiDAR 傳統(tǒng)上與自動駕駛汽車和其他戶外應(yīng)用相關(guān)聯(lián)，但 L515 打開了各種可能性的閘門，包括人員跟蹤、體積測量、機器人技術(shù)、3D 掃描等等。通過將熱成像技術(shù)與 LiDar 技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計人員可以克服與傳統(tǒng)成像系統(tǒng)相關(guān)的常見限制。

你呢？您可以設(shè)想使用英特爾?實感?激光雷達攝像頭L515部署哪些類型的系統(tǒng)？

審核編輯黃昊宇