3D Flash 激光雷达测绘和手势识别

距离成像飞行时间 (TOF) 相机技术，也称为 3D 闪光激光雷达，是许多机器人专家正在利用的一项技术。与逐点收集数据然后推断深度信息的传统激光雷达不同，闪光激光雷达，顾名思义，发射单个光脉冲以捕获三个维度的整个场景——无需扫描。

与标准激光雷达相比，3D 闪光激光雷达的其他优势包括其紧凑的尺寸、易用性和厘米级的精度。它可以在大灰尘、烟雾和雾的情况下、在夜间和在明亮的阳光下成像。

相机的各个组件是镜头、集成光源、捕捉图像信息的传感器和接口。（更多关于传感器的信息。）为了我们的目的，我将坚持这些基础知识。如果您想更深入地了解 TOF 相机和传感器，可以在此处阅读有关它们的信息。

另一个显着优势是 TOF 传感器相对便宜。但是，您不能只是在无人机、机器人或设备上安装摄像头，然后将其交给最终用户并说“祝你好运！”您需要创建一个完整的系统，其中包括翻译收集的数据并以最终用户可以理解的方式呈现数据的软件。

如果您在手势识别应用程序中使用传感器，您的客户可能必须将您的解决方案集成到现有的复杂计算机系统中，并且必须与许多其他组件进行通信。因此，虽然传感器可能很便宜，但整个解决方案可能需要您的客户在成本、时间和培训方面进行大量金钱投资，以及使其正常工作所需的基础设施。

此外，尽管 TOF 传感器非常有用，但它们通常无法自行完成工作。正如您将在下面的用例示例中看到的那样，TOF 传感器通常是一组传感器的一部分，每个传感器都执行适合其能力的独特功能。

3D 闪光激光雷达应用

在大多数情况下，TOF 应用分为两大类：手势识别和非手势应用。手势识别关注快速响应时间和非手势应用，例如测绘和高度确定，重点是准确性。

汽车（手势识别）

eyeSight 是一家总部位于以色列的公司，它为汽车制造商开发了一种解决方案，其中包括人工智能、IR 和 TOF 传感器以及增强驾驶员安全的软件。TOF相机的作用是手势识别。驾驶员无需将手从方向盘上移开，眼睛也可以从道路上移开来操作车辆的信息娱乐系统，只需使用简单的手势即可接听电话或播放自己喜欢的音乐。TOF 摄像头还执行驾驶员识别，以自动调整座椅、后视镜和温度偏好。

该系统的红外传感器接管了绘制驾驶员地图的任务，如果他或她看向别处或睡着了，系统将发出适当的警告或在需要时接合制动器。eyeSight 系统不仅复杂，而且还必须在车辆错综复杂的计算机网络中运行。

除了游戏用途（Kinect 几乎垄断了市场）或华丽的 PowerPoint 演示技巧之外，考虑如何使用 TOF 传感器和相机通过手势识别来增强安全性也是令人兴奋的。例如，您如何使用此类技术使关节炎患者更容易获得产品？

无人机飞行（非手势）

酿酒师必须持续监控葡萄藤的健康状况。流氓细菌和真菌可以迅速蔓延到整个葡萄园，消灭整株葡萄。法国公司 Chouette 开发了一种无人机系统，可以帮助酿酒师监控葡萄园的健康状况，这比在一排排葡萄藤上走来走去更有效。

Chouette 无人机配备了基于红外 TOF 技术和多光谱相机传感器的 TeraRanger One 测距传感器。Chouette 使用 TeraRanger 的宽视野作为精确的高度计，以实现平稳、一致的飞行。这不仅使无人机能够维持较长的高效飞行时间，而且还使多光谱相机传感器能够收集更好的数据。然后，这些数据会通过软件程序转化为易于阅读的图像和有关葡萄藤健康状况的详细信息。

如果您不仅能够在室外而且在室内也能保持一致的高度控制，您如何改进现有的无人机产品？

空间映射（非手势）

NASA 兰利研究中心的研究人员正在使用 3D 闪光激光雷达、多普勒激光雷达和激光测高仪传感器在月球和最终火星上进行自主着陆。激光高度计和闪光激光雷达将在进近阶段之前开始工作，高度超过 15 公里。在激光测高仪收集车辆位置和高度数据的同时，闪光激光雷达正在快速绘制表面地图，以确保车辆位于预定位置，并且仍然可以安全着陆。

当车辆接近（距离地面 500-1,000 米）时，多普勒激光雷达负责通过速度和距离数据进行精确导航，而闪光激光雷达则继续绘制地图并识别危险特征。将其视为相当于后座驾驶员的警告，“不，不在那里；那里有一块巨石，把它停在这里。不，不在那里，那是一个陨石坑。就在这里，在那个斜坡旁边。”

NASA 正在探索 3D 成像闪光激光雷达的其他一些用途是自动航天器交会和对接，以及自主漫游车和机器人制导、避免碰撞和移动操作。我想知道他们是否考虑过对驾驶火星车的宇航员进行手势控制。

结论

Flash 激光雷达当然有其优势，但与其他传感器、硬件和软件相结合以创建完整的解决方案时，它会更加强大。当您开发自己的激进解决方案时，您需要考虑它如何与更广泛的系统集成，并记住它必须是用户友好的。否则，您最终可能会搁置一个好主意。

审核编辑 黄昊宇