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成像系统未来展望

Published Date
Author Fanny Hu

发布于2022-07-12

作为人类，我们有幸拥有眼睛和耳朵等非凡的生物传感器，以及不可思议的处理器 - 大脑。为了复制人类检测和识别物体的能力，机器视觉系统设计人员尝试结合使用以视觉光谱运行的成像传感器与人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 技术， 通过使用双传感器提供双目视觉和深度感知，以进一步提高这些系统的熟练程度。

然而尽管传统机器视觉系统已经拥有了出色的性能，但它们仍面临着与人眼相同的问题，例如受限于视觉光谱，在微光和恶劣天气条件下（如雨、雪和雾）无法正常运行。想象一下，如果这些机器视觉系统能够克服这些限制，会怎样呢？ 本文将带大家了解与传统成像系统相关的挑战，以及面向未来成像应用的解决方案，如人员跟踪、体积测量、机器人等。

传统成像系统的问题

传统传感器和热传感器的共同缺点是，在跟踪多个运动中的物体并确定距离时，由于这些物体会在彼此之间穿过，而无法得到准确的结果。为了解决这一问题，我们可以选择使用一个或多个光检测和测距（也称为光学成像、检测和测距，LiDAR）传感器来增强传统和热成像传感器。

传统成像系统能够检测到来自外部世界的任何电磁能量（如可见光或红外），被归类为无源系统。而激光雷达则是一种主动式遥感系统，由快速发射的激光来发射光。LiDAR系统通过测量发射光到达目标并返回所需的时间， 来计算与目标之间的距离。

LiDAR成像系统创建的式3D体素阵列（体积元素），与标准成像系统创建2D像素阵列（图片元素）的方式相类似。LiDAR使用的窄激光束可以非常高的分辨率检测和绘制物理特征。事实上，在需要高分辨率和高精度深度数据的应用中，LiDAR明显优于标准立体深度相机。

根据目标应用需求，设计人员可以将AI/ML系统与各种传感器组合使用，包括：

  • 提供物体检测和识别的传统图像传感器
  • 扩展可见光谱的热图像传感器
  • 提供高精度测量、运动和跟踪能力的LiDAR传感器

让我们来看一个应用案例。以COVID-19为例， 感染者的主要表现之一为发热。设计人员可以使用热传感器和LiDAR传感器来增强传统机器视觉系统，以检测机场旅客休息室等环境中的潜在病毒携带者。

英特尔®实感™LiDAR摄像头L515

英特尔实感技术提供了多种视觉解决方案，让您的设计拥有看到和理解3D世界的能力。英特尔®实感™LiDAR摄像头L515（图1）是此系列的一款新品，拥有超小尺寸（直径61mm，深度26mm）和非常节能的高分辨率LiDAR，每秒能够捕获数千万个像素。

图1：比网球还小的英特尔®实感™LiDAR摄像头L515（图源：英特尔）

L515基于专为室内应用设计的创新性固态LiDAR深度技术，非常适合需要高分辨率和高精度深度数据的应用。L515的工作范围为0.25米到9米，每秒提供2300多万的精确深度像素，并具有1024 x 768像素的深度分辨率（每秒30帧）。L515还具有全高清 (FHD) RGB摄像头传感器，以及MEMS加速计和MEMS陀螺仪等其他传感器（图2），为需要结合传统机器视觉和LiDAR的应用提供了支持。

图2：英特尔®实感™LiDAR摄像头L515分解图（图源：英特尔）

此外，L515拥有一个内部视觉处理器，可以执行诸如减少运动模糊伪影等任务，从而减轻主处理器负担。此轻型L515功耗低于3.5W，是全球能效较高的高分辨率LiDAR摄像头。 小尺寸和低功耗的结合使L515成为手持产品和小型自主机器人应用的理想选择。

在使用L515时，可借助于英特尔的开源实感软件开发工具包 (SDK) 2.0，一款独立于操作系统的跨平台库。除了Windows、Linux和Android之外，SDK 2.0还可以安装在Jetson TX2、Raspberry Pi 3和macOS平台上。

L515与所有其他当前版本的实感系列使用相同的SDK，因此可以轻松地从英特尔的任何其他3D摄像头升级到下一代。英特尔的愿景是：用户开发一次，即可部署到任何英特尔实感深度设备上。谁又能拒绝这种美好的愿景呢？

探索更多可能

L515的潜在应用可能会引起设计人员的注意。因为LiDAR一般多用于自动驾驶汽车和其他户外应用，但L515拥有更广泛的使用范围，包括人员跟踪、体积测量、机器人、3D扫描等等。通过将热成像技术与LiDAR技术相结合，设计人员便可以克服通常与传统成像系统相关的限制。 

你呢？ 想要借助英特尔®实感™LiDAR摄像头L515部署哪类系统呢？

作者简介

Clive "Max" Maxfield是一个自由职业技术顾问和作家。Max于1980年获得了英国谢菲尔德哈勒姆大学控制工程学士学位，并开启了他大型计算机中央处理器 (CPU) 设计师的职业生涯。多年来，Max从事了从硅芯片到电路板，从脑波放大器到蒸汽朋克预测引擎（可能不太理想）等各种产品的设计， 并在电子设计自动化 (EDA) 领域拥有超过35年的经验。Max在嵌入式、电子、半导体和EDA行业享有盛名，曾在世界各地的众多技术会议上发表过论文，包括北美和南美、欧洲、印度、中国、韩国和台湾。他曾在美国PCB West会议和挪威FPGA论坛上做过主旨演讲， 还应邀在美国的几所大学、英国的谢菲尔德哈勒姆大学和挪威的奥斯陆大学做客座演讲。2001年，Max还与前众议院议长纽特·金里奇同台出席了在夏威夷举办的一场会议。Max是多本书籍的作者和/或合著者，包括《Designus Maximus Unleased》（在阿拉巴马州被禁止）、《Bebop to the Boolean Boogie》（一本非常规电子指南）、《EDA: Where Electronics Begins》、《FPGAs: Instant Access》以及《How Computers Do Math》。