探测视域外物体,史丹佛大学新型雷射技术堪称「透视眼」

无论是追球玩的小朋友、突然出现的牛群还是抛锚的汽车,这些意外障碍对汽车驾驶者来说都是致命的。但是史丹佛大学的研究人员经过努力,已经研发出相关雷射技术,可预见危险状况。

近日,史丹佛大学 SCIL(Stanford Computational Imaging Lab)实验室的研究人员在《Nature》杂誌发表了论文,对外阐述新型雷射技术到底是如何工作的。

基于这技术的雷射系统能有效产生藏在转角后物体的图像,让自驾车可提前「看见」还未出现在视域中的障碍物。

探测视域外物体,史丹佛大学新型雷射技术堪称「透视眼」

「有一种先入为主的观念是,你无法对那些没有被摄影机直接看见的物体进行成像处理,而我们找到了跨越这些限制的办法。」论文联合作者、史丹佛大学博士后 Matthew O’Toole 表示。

他们找到的解决之道是基于光学雷达技术方案。大家知道光学雷达很多时候用于测绘,技术原理主要是透过向物体表面发射雷射脉冲,并且测量光反射回来所需时间,这些数据之后会由研究人员用来搭建物体表面的 3D 模型。

不过史丹佛大学的新技术在这个基础上更进一步,使用雷射探测转角后的物体,「几乎就是一种魔法,」O’Toole 感歎。

为了更直觉解释技术原理,史丹佛大学还为这个团队和技术拍摄了一段说明短片。

短片中,O’Toole 和同事描述了他们如何搭建一个展示模型。这个模型中,雷射发射器和光子探测器放置在被探测物体(实际是一只兔子)旁边墙壁(P 字母所在的位置)的前面,同时在被探测物体与雷射发射器、光子探测器之间,是一块实体挡板,製造了转角情境。

这个场景中,雷射脉冲(深红的直线)开始以某个角度向墙壁发射,脉冲打在墙壁上后,产生反射,这里的反射是向多个角度发散。

探测视域外物体,史丹佛大学新型雷射技术堪称「透视眼」

研究团队对收集直接从墙壁反弹到探测器的光子并不感兴趣,他们想收集的是经过墙壁反弹、继续射向那只兔子然后再反弹、分散后的光子。「我们寻找的是经过第二次、第三次,甚至是第四次反弹之后的光子,这样的光子能对隐藏物体进行编码和模型构建。」O’Toole 解释。

上述流程有一个问题是,射出的雷射脉冲打在墙上某点,而团队要收集的返回信号则是来自另一个点。在这里,O’Toole 和同事使用一种独特的技术,可让雷射发射器和光子探测器指向相同的点。

然后,团队利用信号时差的原理,将那些直接反弹回来的光子移除,演算法将那些保留的光子重建、塑形,逐渐形成清晰的转角后隐藏物体的 3D 模型。

探测视域外物体,史丹佛大学新型雷射技术堪称「透视眼」

「这是一个非常简单的调整成像法,但对你如何从这些讯息中重建图像具有重要意义。」O’Toole 表示。他还指出,这样的设置占用更少储存空间,处理起来也没那幺费力,还能生成更高解析度的图像。

完成了那只兔子的成像之后,O’Toole 团队又将技术运用在现实生活,包括对转角的「Exit」字样进行 3D 重建。

探测视域外物体,史丹佛大学新型雷射技术堪称「透视眼」

说到这项新技术的拓展应用时,O’Toole 说,因为道路标誌和自行车等物体的高反射性特质,所以他们的雷射技术很适合运用到自驾车领域。

不过,依然有许多障碍。

比如,对墙体的初次扫描要花上 1 分钟到几个小时不等,这是影响系统处理速度稳定性的重要因素;而且,针对一些反射性不那幺强的物体如人体、动物等,系统如何应对;此外,室外是强光环境时,这项技术如何应对?无疑,史丹佛大学的团队还需要思考更多。