新的计算方法改善了飞行时间深度传感器的分辨率1,000倍

级联GHz方法与Kinect风格的方法在视觉上以钥匙在视觉上表示。从左到右，原始图像，kinect风格的方法，GHz方法，以及更强大的GHz方法。由研究人员礼貌

在过去的10年里，麻省理工学院媒体实验室的相机文化集团一直在开发创新的成像系统 - 从一款可以看到的相机到一个可以在封闭书中阅读文本的摄像头 - 使用“飞行时间”，这是一种方法测量距离测量光线投射到一个场景中的时间来反弹回传感器。

在出现在IEEE访问中的新文件中，相机文化组的成员提出了一种新的飞行时间成像方法，这些方法增加了它的深度分辨率1000倍。这是可以使自动驾驶汽车实用的分辨率的类型。

新方法还可以通过雾来实现准确的距离测量，这已被证明是自行车开发的主要障碍。

在2米的范围内，现有的飞行时间系统具有约厘米的深度分辨率。这对当今汽车上的辅助停车和碰撞检测系统足够好。

但作为Achuta Kadambi，电气工程和计算机科学和媒体艺术和科学的联合博士学生和纸上的第一名作者，解释说：“当您增加范围时，您的分辨率呈指数级。让我们说你有一个远程场景，你希望你的车进一步检测对象，所以它可以做出快速的更新决定。你可能已经开始在1厘米，但现在你脚踏实于[分辨率]一英尺甚至5英尺。如果你弄错了，它可能会导致生命丧失。“

相比之下，麻省理工学院的MIT研究人员系统的距离有3微米的深度分辨率。Kadambi还进行了测试，他通过500米的光纤通过沿其长度进行了规则的间隔过滤器送光信号，以模拟在饲料到他的系统之前发生的电源降低。这些测试表明，在500米范围内，麻省理工学院系统仍应实现仅厘米的深度分辨率。

JADAMBI由他的论文顾问，Ramesh Raskar，媒体艺术和科学副教授，以及相机文化集团负责人。

缓慢吸收

随着飞行时间成像，短爆发的光线被射入一个场景，并且相机测量返回所需的时间，这表示反映它的对象的距离。光爆裂越长，测量它的旅行多远。因此，光爆长度是确定系统分辨率的因素之一。

然而，另一个因素是检测率。调制器，关闭光束，可以切换十亿次，但今天的探测器只能制作大约1亿次测量。检测率是将现有的飞行时间系统限制为厘米级分辨率。

然而，存在另一个成像技术，即支持更高的分辨率，Kadambi说。该技术是干涉测量法，其中光束分成两个，并且在另一半 - “样本梁” - 被射入视觉场景中，一半的光束保持局部循环。反射的样品光束与局部循环的光重新组合，两个光束之间的相位差 - 其电磁波的槽和顶部的相对对准 - 产生样品光束行驶的距离的非常精确的测量值。

但干涉测量需要仔细同步两个光束。“你永远不能把干涉测量放在汽车上，因为它对振动如此敏感，”卡巴迪说。“我们正在使用来自干涉测量的一些想法和LIDAR的一些想法，我们真的结合了这两个。”

这是在2017年10月接受本文之前的介绍。我们使用过滤元素作为扩展现有路径长度成像系统的潜在方法的潜在方法来研究激光乐队。我们的目标类似于干涉和相干方法，但我们的目的是研究电子和光学相干的融合。

在节拍上

他们也在解释，使用声学的一些想法解释。任何在音乐集团演出的人都熟悉“殴打”的现象。如果两个歌手说，略微失调 - 一个在440赫兹和其他437赫兹的另一个产生音调 - 他们的声音的相互作用会产生另一个音调，其频率是他们唱歌的频率之间的差异 - 在这种情况下，3赫兹。

光脉冲也是如此。如果飞行时间成像系统在速度为亿次脉冲的速率下射入场景，并且返回光与光脉冲999999999倍的次数相结合，结果将是一秒钟的光信号脉冲 - 用商品摄像机易于检测的速率。并且慢速“击败”将包含所需的所有相位信息来衡量距离。

但是尝试同步两个高频光信号 - 作为干涉测量系统必须 - 卡达姆尼和Raskar只使用首先生产它的相同技术来调制返回信号。也就是说，它们脉冲已经脉冲光。结果是相同的，但该方法对于汽车系统来说更加实用。

“光学相干和电子相干的融合非常独特，”拉斯格尔说。“我们正在调制几个千兆的光线，所以它就像每秒数百万次打开手电筒一样。但我们正在以电子方式变化，而不是光学。两者的结合实际上是你得到这个系统的力量。“

通过雾

GigaHertz光学系统在补偿雾中自然更好地比低频系统更好。飞行时间系统是有问题的，因为它散发着光线：它偏转了返回光信号，使它们迟到并且处于奇数角度。试图在所有噪声中隔离一个真正的信号，这噪音过于计算地挑战。

利用低频系统，散射导致相位略有换档，一个简单地弄乱到达检测器的信号。但是通过高频系统，相移相对于信号的频率要大得多。到达不同路径的散射光信号实际上会互相取消：一个波的槽将与另一个冠冕对齐。在威斯康星大学和哥伦比亚大学进行的理论分析表明，这种取消将足以让识别真正的信号更容易。

“我对这种技术的医疗应用感到兴奋，”马萨诸塞综合医院和哈佛医学院的副教授，先进的X射线成像科学中心兼主任Rajiv Gupta。“我对这项工作的潜力留下了如此深刻的印象，以改变医学成像，我们将罕见的一步招募了一步，直接向我们部门的教师招募了一项继续这项工作。”

“我认为它是开发飞行时间技术的重要里程碑，因为它消除了群众部署的最严格的要求，包括使用飞行时间原则的光线，即[需要] a非常快速的相机，“他补充道。“Achuta和Ramesh的作品的美丽是，通过在两种不同频率的灯之间创造跳动，他们能够使用普通相机记录飞行时间。”

更多信息：使用击败笔记级联激光乐队

出版物：Achuta Kadambi＆Ramesh Rashar，“Rethinking Machine View飞行时间与GHz自差，”IEEE，2017; DOI：10.1109 / Access.2017.2775138