新型光幕传感器在机器人避障和无人驾驶中的应用

分享嘉宾：

王建，Snap公司的研究科学家，毕业于卡内基梅隆大学，导师为Aswin Sankaranarayanan教授和Srinivasa Narasimhan教授，主要研究领域包括计算机视觉、三维视觉及计算摄影等。其研究成果曾在CVPR、ICCV、ECCV、ICCP等国际顶级会议发表，并多次获得口头报告的机会。

分享主题：

一种新型光幕传感器在机器人避障和无人驾驶中的应用

分享提纲：

• 传统3D传感器
• 提出的光幕传感器原理
• 传感器设计与优化
• 实验结果展示

改编内容：

我们熟悉的电梯内的光幕传感器可以作为参考。电梯门两侧装有传感器，一边是红外发射器，另一边是红外接收器。当有人或物体挡住红外接收器时，电梯会立刻感应到，从而停止关门动作。这种光幕传感器在工业界有着广泛的应用，例如在自动化生产线上，传感器会在机器周围安装，以防止工人接近危险区域。

本次分享介绍了一种新型的光幕传感器，它由一个线光源和一个线阵传感器构成。与传统的电梯光幕不同，这种传感器将线光源和传感器置于同一侧。当光束未被阻挡时，相机拍摄的画面是黑色的。一旦有物体遮挡光束，相机就会立即捕捉到这一变化。通过旋转光平面和成像平面，我们可以扫描任意的空间平面。

此外，通过调整光平面和成像平面的相对旋转速度，我们还可以扫描圆柱面。这种低成本的传感器可以安装在机器人或无人驾驶车辆上，用于监测倾斜平面、圆柱面或其他障碍物。对于简单的场景，如判断前方是否有障碍物，这种传感器可以快速准确地给出答案，无需复杂的计算和数据处理。

目前，无人驾驶车辆通常配备LIDAR传感器，通过收集3D点云数据来判断车辆后方是否有行人或车辆。然而，如果只需要判断几米范围内是否有障碍物，我们的光幕传感器就足够了。这种传感器不仅成本低廉，而且计算简单，只需设置一个阈值即可。

在实际应用中，这种传感器可以监测汽车后方的情况。当汽车准备换道或转弯时，传感器可以实时检测到侧方或前方是否有其他车辆。在恶劣天气条件下，如大雾天气，光幕传感器仍能透过烟雾看清地面的标志。

接下来，我们将展示传感器的具体实现。传感器由线光源和线阵相机组成。线光源部分包括一个点激光，经过准直透镜和线透镜变成一条线，再通过一维振镜旋转光平面。线相机部分则包括线阵传感器和成像透镜，同样通过一维振镜来扫描视角。

通过控制线光源和线相机的相对旋转速度，传感器可以扫描出特定形状的光幕。例如，通过调整旋转速度，传感器可以形成余弦形状的光幕。中间的视频展示了传感器捕捉到的结果，预设的光幕为蓝色，检测到的结果为绿色。

此外，这种传感器在强烈的阳光下也能正常工作。传统自动光设备面临的主要问题是太阳光带来的巨大噪声干扰。但我们的传感器采用了特殊的扫描机制，提高了信噪比，使其在阳光下也能稳定工作。这种传感器还可以监测行人和车辆，甚至在浓烟中也能清晰地捕捉图像。

最后，我们讨论了光幕传感器的厚度问题。传感器的像素和线光源都有一定的宽度，这会导致光幕有一定的厚度。通过在相机端使用线TOF传感器，可以显著降低这种不确定性，使光幕变得更薄。此外，传感器还可以适应不同的场景，例如在散射介质（如烟雾）中工作，表现出色。

总结起来，这种光幕传感器具备多个优点： - 成本低，能耗少，计算需求少； - 能在强烈阳光下工作，也能穿透烟雾； - 形状和厚度可灵活调整； - 帧率高。

总之，这种新型光幕传感器在机器人避障和无人驾驶等领域具有广泛应用前景。