Durante los últimos 10 años, el grupo de Cultura de la cámara en Media Lab del MIT ha estado desarrollando sistemas de imágenes innovadores, desde una cámara que puede ver en las esquinas hasta una que puede leer texto en libros cerrados, usando "tiempo de vuelo,"un enfoque que mide la distancia midiendo el tiempo que tarda la luz proyectada en una escena para regresar a un sensor.
en un nuevo artículo que aparece en acceso IEEE , los miembros del grupo Cultura de la cámara presentan un nuevo enfoque para las imágenes de tiempo de vuelo que aumenta su resolución de profundidad 1,000 veces. Ese es el tipo de resolución que podría hacer que los autos autónomos sean prácticos.
El nuevo enfoque también podría permitir mediciones de distancia precisas a través de la niebla, lo que ha demostrado ser un obstáculo importante para el desarrollo de automóviles autónomos.
En un rango de 2 metros, los sistemas de tiempo de vuelo existentes tienen una resolución de profundidad de aproximadamente un centímetro. Eso es lo suficientemente bueno para el estacionamiento asistido y los sistemas de detección de colisiones en los automóviles de hoy.
Pero como Achuta Kadambi, un estudiante de doctorado conjunto en ingeniería eléctrica e informática y artes y ciencias de los medios y primer autor del artículo, explica: "A medida que aumenta el rango, su resolución disminuye exponencialmente. Digamos que tiene un largo-rango de rango, y desea que su automóvil detecte un objeto más alejado para que pueda tomar una decisión de actualización rápida. Puede haber comenzado a 1 centímetro, pero ahora ha vuelto a [una resolución de] un pie o incluso 5pies. Y si comete un error, podría provocar la pérdida de vidas ".
A distancias de 2 metros, el sistema de investigadores del MIT, por el contrario, tiene una resolución de profundidad de 3 micrómetros. Kadambi también realizó pruebas en las que envió una señal de luz a través de 500 metros de fibra óptica con filtros regularmente espaciados a lo largo de su longitud,para simular la caída de potencia incurrida en distancias más largas, antes de alimentarla a su sistema. Esas pruebas sugieren que en un rango de 500 metros, el sistema MIT debería alcanzar una resolución de profundidad de solo un centímetro.
Kadambi se une en el papel a su asesor de tesis, Ramesh Raskar, profesor asociado de artes y ciencias de los medios y jefe del grupo Cultura de la cámara.
absorción lenta
Con las imágenes de tiempo de vuelo, se dispara un breve estallido de luz en una escena, y una cámara mide el tiempo que tarda en regresar, lo que indica la distancia del objeto que lo reflejó. Cuanto más tiempo estalle la luz, másEs más ambiguo la medida de la distancia recorrida, por lo que la longitud de la explosión de luz es uno de los factores que determina la resolución del sistema.
El otro factor, sin embargo, es la tasa de detección. Los moduladores, que apagan y encienden un haz de luz, pueden cambiar mil millones de veces por segundo, pero los detectores de hoy solo pueden realizar alrededor de 100 millones de mediciones por segundo. La tasa de detección es lo que limita la existenciasistemas de tiempo de vuelo a una resolución de escala en centímetros.
Sin embargo, hay otra técnica de imagen que permite una resolución más alta, dice Kadambi. Esa técnica es la interferometría, en la cual un haz de luz se divide en dos, y la mitad se mantiene circulando localmente mientras que la otra mitad - la "muestra"haz "- se dispara en una escena visual. El haz de muestra reflejado se recombina con la luz circulada localmente, y la diferencia de fase entre los dos haces - la alineación relativa de los canales y las crestas de sus ondas electromagnéticas - produce unmedida muy precisa de la distancia que ha recorrido el haz de muestra.
Pero la interferometría requiere una sincronización cuidadosa de los dos haces de luz. "Nunca se podría poner interferometría en un automóvil porque es muy sensible a las vibraciones", dice Kadambi. "Estamos usando algunas ideas de interferometría y algunas ideas de LIDAR,y realmente estamos combinando los dos aquí "
En el ritmo
También, explica, usan algunas ideas de la acústica. Cualquiera que haya actuado en un conjunto musical está familiarizado con el fenómeno de la "paliza". Si dos cantantes, por ejemplo, están ligeramente desafinados, uno produce un tono.a 440 hertzios y el otro a 437 hertzios, la interacción de sus voces producirá otro tono, cuya frecuencia es la diferencia entre las notas que están cantando, en este caso, 3 hertzios.
Lo mismo ocurre con los pulsos de luz. Si un sistema de imágenes de tiempo de vuelo dispara luz a una escena a una velocidad de mil millones de pulsos por segundo, y la luz de retorno se combina con la luz que pulsa 999,999,999 veces por segundo, elel resultado será una señal de luz pulsando una vez por segundo, una frecuencia fácilmente detectable con una cámara de video de consumo. Y ese "latido" lento contendrá toda la información de fase necesaria para medir la distancia.
Pero en lugar de tratar de sincronizar dos señales luminosas de alta frecuencia, como deben hacer los sistemas de interferometría, Kadambi y Raskar simplemente modulan la señal de retorno, utilizando la misma tecnología que la produjo en primer lugar.luz pulsada. El resultado es el mismo, pero el enfoque es mucho más práctico para los sistemas automotrices.
"La fusión de la coherencia óptica y la coherencia electrónica es muy única", dice Raskar. "Estamos modulando la luz a unos pocos gigahercios, por lo que es como encender y apagar una linterna millones de veces por segundo. Pero nosotros 'estamos cambiando eso electrónicamente, no ópticamente. La combinación de ambos es realmente donde obtienes el poder de este sistema ".
a través de la niebla
Los sistemas ópticos Gigahertz son naturalmente mejores para compensar la niebla que los sistemas de baja frecuencia. La niebla es problemática para los sistemas de tiempo de vuelo porque dispersa la luz: desvía las señales de luz de retorno para que lleguen tarde y en ángulos extraños.para aislar una señal verdadera en todo ese ruido es demasiado difícil computacionalmente para hacer sobre la marcha.
Con los sistemas de baja frecuencia, la dispersión provoca un ligero cambio en la fase, uno que simplemente enturbia la señal que llega al detector. Pero con los sistemas de alta frecuencia, el cambio de fase es mucho mayor en relación con la frecuencia de la señal. Luz dispersalas señales que llegan por diferentes caminos se cancelarán entre sí: los canales de una onda se alinearán con las crestas de otra.Los análisis teóricos realizados en la Universidad de Wisconsin y la Universidad de Columbia sugieren que esta cancelación será lo suficientemente generalizada como para identificar una señal verdadera.más fácil.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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