距離成像飛行時(shí)間 (TOF) 相機(jī)技術(shù)，也稱為 3D 閃光激光雷達(dá)，是許多機(jī)器人專家正在利用的一項(xiàng)技術(shù)。與逐點(diǎn)收集數(shù)據(jù)然后推斷深度信息的傳統(tǒng)激光雷達(dá)不同，閃光激光雷達(dá)，顧名思義，發(fā)射單個(gè)光脈沖以捕獲三個(gè)維度的整個(gè)場景——無需掃描。

與標(biāo)準(zhǔn)激光雷達(dá)相比，3D 閃光激光雷達(dá)的其他優(yōu)勢包括其緊湊的尺寸、易用性和厘米級(jí)的精度。它可以在大灰塵、煙霧和霧的情況下、在夜間和在明亮的陽光下成像。

相機(jī)的各個(gè)組件是鏡頭、集成光源、捕捉圖像信息的傳感器和接口。（更多關(guān)于傳感器的信息。）為了我們的目的，我將堅(jiān)持這些基礎(chǔ)知識(shí)。如果您想更深入地了解 TOF 相機(jī)和傳感器，可以在此處閱讀有關(guān)它們的信息。

另一個(gè)顯著優(yōu)勢是 TOF 傳感器相對(duì)便宜。但是，您不能只是在無人機(jī)、機(jī)器人或設(shè)備上安裝攝像頭，然后將其交給最終用戶并說“祝你好運(yùn)！”您需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)完整的系統(tǒng)，其中包括翻譯收集的數(shù)據(jù)并以最終用戶可以理解的方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的軟件。

如果您在手勢識(shí)別應(yīng)用程序中使用傳感器，您的客戶可能必須將您的解決方案集成到現(xiàn)有的復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，并且必須與許多其他組件進(jìn)行通信。因此，雖然傳感器可能很便宜，但整個(gè)解決方案可能需要您的客戶在成本、時(shí)間和培訓(xùn)方面進(jìn)行大量金錢投資，以及使其正常工作所需的基礎(chǔ)設(shè)施。

此外，盡管 TOF 傳感器非常有用，但它們通常無法自行完成工作。正如您將在下面的用例示例中看到的那樣，TOF 傳感器通常是一組傳感器的一部分，每個(gè)傳感器都執(zhí)行適合其能力的獨(dú)特功能。

3D 閃光激光雷達(dá)應(yīng)用

在大多數(shù)情況下，TOF 應(yīng)用分為兩大類：手勢識(shí)別和非手勢應(yīng)用。手勢識(shí)別關(guān)注快速響應(yīng)時(shí)間和非手勢應(yīng)用，例如測繪和高度確定，重點(diǎn)是準(zhǔn)確性。

汽車（手勢識(shí)別）

eyeSight 是一家總部位于以色列的公司，它為汽車制造商開發(fā)了一種解決方案，其中包括人工智能、IR 和 TOF 傳感器以及增強(qiáng)駕駛員安全的軟件。TOF相機(jī)的作用是手勢識(shí)別。駕駛員無需將手從方向盤上移開，眼睛也可以從道路上移開來操作車輛的信息娛樂系統(tǒng)，只需使用簡單的手勢即可接聽電話或播放自己喜歡的音樂。TOF 攝像頭還執(zhí)行駕駛員識(shí)別，以自動(dòng)調(diào)整座椅、后視鏡和溫度偏好。

該系統(tǒng)的紅外傳感器接管了繪制駕駛員地圖的任務(wù)，如果他或她看向別處或睡著了，系統(tǒng)將發(fā)出適當(dāng)?shù)木婊蛟谛枰獣r(shí)接合制動(dòng)器。eyeSight 系統(tǒng)不僅復(fù)雜，而且還必須在車輛錯(cuò)綜復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。

除了游戲用途（Kinect 幾乎壟斷了市場）或華麗的 PowerPoint 演示技巧之外，考慮如何使用 TOF 傳感器和相機(jī)通過手勢識(shí)別來增強(qiáng)安全性也是令人興奮的。例如，您如何使用此類技術(shù)使關(guān)節(jié)炎患者更容易獲得產(chǎn)品？

無人機(jī)飛行（非手勢）

釀酒師必須持續(xù)監(jiān)控葡萄藤的健康狀況。流氓細(xì)菌和真菌可以迅速蔓延到整個(gè)葡萄園，消滅整株葡萄。法國公司 Chouette 開發(fā)了一種無人機(jī)系統(tǒng)，可以幫助釀酒師監(jiān)控葡萄園的健康狀況，這比在一排排葡萄藤上走來走去更有效。

Chouette 無人機(jī)配備了基于紅外 TOF 技術(shù)和多光譜相機(jī)傳感器的 TeraRanger One 測距傳感器。Chouette 使用 TeraRanger 的寬視野作為精確的高度計(jì)，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、一致的飛行。這不僅使無人機(jī)能夠維持較長的高效飛行時(shí)間，而且還使多光譜相機(jī)傳感器能夠收集更好的數(shù)據(jù)。然后，這些數(shù)據(jù)會(huì)通過軟件程序轉(zhuǎn)化為易于閱讀的圖像和有關(guān)葡萄藤健康狀況的詳細(xì)信息。

如果您不僅能夠在室外而且在室內(nèi)也能保持一致的高度控制，您如何改進(jìn)現(xiàn)有的無人機(jī)產(chǎn)品？

空間映射（非手勢）

NASA 蘭利研究中心的研究人員正在使用 3D 閃光激光雷達(dá)、多普勒激光雷達(dá)和激光測高儀傳感器在月球和最終火星上進(jìn)行自主著陸。激光高度計(jì)和閃光激光雷達(dá)將在進(jìn)近階段之前開始工作，高度超過 15 公里。在激光測高儀收集車輛位置和高度數(shù)據(jù)的同時(shí)，閃光激光雷達(dá)正在快速繪制表面地圖，以確保車輛位于預(yù)定位置，并且仍然可以安全著陸。

當(dāng)車輛接近（距離地面 500-1,000 米）時(shí)，多普勒激光雷達(dá)負(fù)責(zé)通過速度和距離數(shù)據(jù)進(jìn)行精確導(dǎo)航，而閃光激光雷達(dá)則繼續(xù)繪制地圖并識(shí)別危險(xiǎn)特征。將其視為相當(dāng)于后座駕駛員的警告，“不，不在那里；那里有一塊巨石，把它停在這里。不，不在那里，那是一個(gè)隕石坑。就在這里，在那個(gè)斜坡旁邊。”

NASA 正在探索 3D 成像閃光激光雷達(dá)的其他一些用途是自動(dòng)航天器交會(huì)和對(duì)接，以及自主漫游車和機(jī)器人制導(dǎo)、避免碰撞和移動(dòng)操作。我想知道他們是否考慮過對(duì)駕駛火星車的宇航員進(jìn)行手勢控制。

結(jié)論

Flash 激光雷達(dá)當(dāng)然有其優(yōu)勢，但與其他傳感器、硬件和軟件相結(jié)合以創(chuàng)建完整的解決方案時(shí)，它會(huì)更加強(qiáng)大。當(dāng)您開發(fā)自己的激進(jìn)解決方案時(shí)，您需要考慮它如何與更廣泛的系統(tǒng)集成，并記住它必須是用戶友好的。否則，您最終可能會(huì)擱置一個(gè)好主意。

審核編輯黃昊宇