使用 LiDAR 增強(qiáng)傳統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)以提高應(yīng)用程序和系統(tǒng)的能力

作為人類(lèi)，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(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的人開(kāi)始嘗試使用在視覺(jué)光譜中運(yùn)行的成像傳感器以及人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 技術(shù)來(lái)提供對(duì)象檢測(cè)和識(shí)別功能來(lái)復(fù)制我們的人類(lèi)能力。通過(guò)使用雙傳感器提供雙目視覺(jué)和深度感知，可以進(jìn)一步提高這些系統(tǒng)的熟練程度。

問(wèn)題在于，盡管傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)非常出色，但它們也存在與人眼相同的問(wèn)題，例如受限于可見(jiàn)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(jī)器視覺(jué)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(duì)未來(lái)成像應(yīng)用（例如人員跟蹤、體積測(cè)量、機(jī)器人技術(shù)等）的解決方案。

傳統(tǒng)成像系統(tǒng)的問(wèn)題

傳統(tǒng)和熱傳感器的一個(gè)缺點(diǎn)是，它們?cè)诖_定距離和跟蹤多個(gè)運(yùn)動(dòng)中的物體時(shí)并不是非常有效，因?yàn)樗鼈冊(cè)诒舜饲懊婊蚝竺娼?jīng)過(guò)?？朔讼拗频囊环N選擇是使用一個(gè)或多個(gè)光檢測(cè)和測(cè)距（也稱(chēng)為激光成像、檢測(cè)和測(cè)距 (LiDAR) 傳感器）來(lái)增強(qiáng)傳統(tǒng)和熱成像傳感器。

傳統(tǒng)成像系統(tǒng)被歸類(lèi)為無(wú)源成像系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兛梢詸z測(cè)來(lái)自外界的任何電磁能量，例如可見(jiàn)光或紅外線(xiàn)。相比之下，LiDAR 被歸類(lèi)為主動(dòng)遙感系統(tǒng)，因?yàn)樗褂每焖侔l(fā)射的激光產(chǎn)生光。LiDAR 系統(tǒng)測(cè)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(shí)間。這些時(shí)間用于計(jì)算行進(jìn)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(cè)和映射物理特征。事實(shí)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(jī)。

根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用，設(shè)計(jì)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(cè)和識(shí)別的傳統(tǒng)圖像傳感器

用于擴(kuò)展可觀測(cè)光譜的熱圖像傳感器

LiDAR 傳感器提供高度準(zhǔn)確的測(cè)量、運(yùn)動(dòng)和跟蹤功能

讓我們看一個(gè)可能的用例。考慮 COVID-19 大流行。感染冠狀病毒的人的一個(gè)癥狀是體溫升高。設(shè)計(jì)人員可以使用熱傳感器和 LiDAR 傳感器增強(qiáng)傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，以檢測(cè)機(jī)場(chǎng)旅客休息室等環(huán)境中的潛在載體。

介紹英特爾?實(shí)感? LiDAR 攝像頭L515

英特爾的實(shí)感技術(shù)提供了多種基于視覺(jué)的解決方案，旨在讓您的設(shè)計(jì)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(wàn)個(gè)體素。

圖 1：英特爾?實(shí)感? LiDAR 攝像頭L515的直徑小于網(wǎng)球。（來(lái)源：英特爾）

L515 基于專(zhuān)為室內(nèi)應(yīng)用設(shè)計(jì)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(cè)范圍為 0.25 米至 9 米，每秒提供超過(guò) 2300 萬(wàn)個(gè)精確體素，深度分辨率為 1024 x 768，每秒 30 幀 (fps)。對(duì)于需要結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)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(jì)和 MEMS 陀螺儀等附加傳感器（圖 2）。

圖 2：英特爾?實(shí)感? LiDAR 攝像頭 L515 的分解圖（來(lái)源：英特爾）

此外，L515 擁有一個(gè)內(nèi)部視覺(jué)處理器，可以執(zhí)行運(yùn)動(dòng)模糊偽影減少等任務(wù)，從而從主機(jī)處理器卸載此類(lèi)任務(wù)。輕巧的 L515 功耗不到 3.5 瓦，使其成為市場(chǎng)上世界上最節(jié)能的高分辨率 LiDAR 相機(jī)。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(jī)器人應(yīng)用的理想選擇。

如果您有興趣在自己的設(shè)計(jì)中利用 L515，英特爾的開(kāi)源實(shí)感軟件開(kāi)發(fā)套件 (SDK) 2.0 是跨平臺(tái)和獨(dú)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(tái)上安裝 SDK 2.0。

L515 使用與所有其他當(dāng)前一代實(shí)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(jī)輕松過(guò)渡。這里的想法是開(kāi)發(fā)一次，然后部署到任何當(dāng)前或未來(lái)的英特爾實(shí)感深度設(shè)備上。我們當(dāng)中有誰(shuí)會(huì)反對(duì)這樣的哲學(xué)呢？

探索可能性

L515 的潛在應(yīng)用會(huì)讓任何設(shè)計(jì)人員頭疼。LiDAR 傳統(tǒng)上與自動(dòng)駕駛汽車(chē)和其他戶(hù)外應(yīng)用相關(guān)聯(lián)，但 L515 打開(kāi)了各種可能性的閘門(mén)，包括人員跟蹤、體積測(cè)量、機(jī)器人技術(shù)、3D 掃描等等。通過(guò)將熱成像技術(shù)與 LiDar 技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)人員可以克服與傳統(tǒng)成像系統(tǒng)相關(guān)的常見(jiàn)限制。

你呢？您可以設(shè)想使用英特爾?實(shí)感?激光雷達(dá)攝像頭L515部署哪些類(lèi)型的系統(tǒng)？

審核編輯黃昊宇