中国研究人员研发新型3D方法 追踪快速移动物体的速度比之前快200多倍

盖世汽车讯 据外媒报道，中国清华大学（Tsinghua University）的研究人员研发了一种全新的3D方法，可以以前所未有的速度追踪快速移动的物体。此种新型追踪法利用单像素成像技术，是一种实时的方法。该研究团队认为，该技术有望在自动驾驶、工业探测和安全监控等多个领域带来革新。

3D法追踪移动物体（图片来源：清华大学）

与此前基于视觉的方法相比，该研究团队实现的追踪移动物体的速度比此前基于视觉的方法快了200多倍。该成就在不依赖于先前的运动信息并且只需要极少的计算资源的情况下实现，因此更加令人印象深刻。

研究人员解释道：“我们的方法不需要重建物体的图像以计算其位置，从而大幅降低了数据存储量和计算成本。具体而言，获取一个3D坐标只需要6字节的存储空间和2.4微秒的计算时间。通过降低计算成本、提高效率，新方法可以减少高速跟踪设备所需的成本。”

重塑单像素成像技术

该项创新技术的核心在于重新构想单像素成像技术。传统而言，单像素成像是通过一系列图案来照亮场景，然后采用单像素探测器来测量相应的强度值。

该研究团队通过采用一种非正交投影法，进一步实现了该概念。

此种新方法将几何光影图案投射到两个非正交平面上，以生成用于计算物体位置的3D坐标。与正交方法相比，非正交投影法在保持整个系统尺寸较小的情况下提高了效率。

该团队通过仿真实验与真实世界的实验验证了其方法。实验装置包括一个用于实现主动照明、532纳米的激光器，一个用于创建光图案、具有20千赫兹调制率的数字微镜器件（DMD），以及用于收集光信号的两个单像素探测器。

为了测试该系统，研究人员追踪了一个中央有孔的金属球，在重力的作用下，该金属球会沿着弯曲的螺旋导线移动。通过采用特定光模式来照亮该物体，同时分析探测器的信号，研究人员精确地计算出了物体的3D位置。

速度和效率

实验的结果令人印象深刻，研究人员采用了具有20千赫兹调制率的数字微镜器件，实现了6667赫兹的跟踪速度。此种超快的跟踪能力为研究以前无法准确捕捉的快速运动开辟了新的可能性。

该种新方法的关键优势之一在于其在数据存储和处理方面效率很高。通过消除重建物体图像的需求，该系统大大降低了与高速跟踪相关的计算成本。

此外，该研究的影响不仅局限于工业应用。研究人员表示：“此种高速定位技术可以用于科学研究领域，如昆虫飞行轨迹的研究。能够以如此高的精度追踪微小、快速的运动，可以为生物学、物理学等多个领域带来全新的洞察。”

尽管该项技术具有变革性，但其也存在局限性。目前，该技术只能一次跟踪一个物体。不过，该研究团队目前正在努力研发方法，以采用单像素成像技术追踪多个物体。