研究人员开发了一种新的3D方法，可用于以前所未有的高速度跟踪快速移动的物体。这种基于单像素成像的实时跟踪方法可用于改进自动驾驶、工业检查和安全监控系统。
中国清华大学研究团队负责人耿子涵表示：“我们的方法不需要重建物体的图像来计算其位置，这大大降低了数据存储和计算成本。”
“具体来说，获取3D坐标仅需要6个字节的存储空间和2.4µs的计算时间。通过降低计算成本并提高效率，它可以降低高速跟踪所需设备的成本，使该技术更易于获取并实现新的应用。”
在《光学快报》上，研究人员展示了一种比传统基于视频的方法快200多倍的跟踪速度。该跟踪方法不需要任何先前的运动信息，并且可以用最少的计算资源来执行。
“这项技术可以增强自动驾驶汽车等技术的感知能力，改善安全监控系统，并为工业检测提供更高效的监控和质量控制，”耿说。“此外，这种高速定位技术可用于科学研究，例如昆虫飞行轨迹研究。”
单像素成像是一种计算方法，使用单个探测器而不是传统的像素阵列来获取测量值。它通常涉及用一系列图案照亮场景，然后用单像素探测器测量相应的强度值。
为了创建更实用的用于物体追踪的单像素成像系统，研究人员实施了一种非正交投影方法，该方法比通常使用的正交方法更有效。
这涉及将几何光图案投射到两个非正交平面上，从而创建用于计算物体位置的3D坐标。非正交投影还可以减小整个系统的尺寸，使其更易于组装和实施。
高速跟踪
在使用模拟验证了他们的方法后，研究人员使用单像素成像装置进行了实验，该装置包括用于主动照明的532nm激光器、用于创建光图案的具有20kHz调制率的数字微镜设备(DMD)和两个用于收集光信号的单像素探测器。
为了测试追踪能力，他们让一个带有中心孔的金属球在重力作用下沿着弯曲的螺旋线移动，同时用光图案进行照射。他们利用探测器的信号计算物体的三维位置，然后利用坐标系旋转来计算物体的运动轨迹。
通过这种方法，他们以20kHz的调制率实现了DMD的6667Hz的跟踪率。
研究人员表示，这项技术的主要挑战在于，目前它只能用于追踪单个物体。他们目前正在开发一种使用单像素成像来追踪多个物体的方法。
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