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2020年10月10日 | 研究人员开发紧凑高光谱条纹投影仪 可用于自动驾驶汽车物体识别
2020-10-10
据外媒报道，莱斯大学（Rice University）研究人员设计了一种紧凑式高光谱条纹投影仪（Hyperspectral Stripe Projector，简称HSP），当与单色传感器阵列和复杂的编程相结合时，能够生成传统摄像头无法捕获的图像，从而实现及时3D光谱成像。这是一种收集空间和光谱信息的新方法，而这些信息对于自动驾驶汽车、机器视觉应用等而言都是必不可少的。
（图片来源：https://www.photonics.com）
HSP可实时传输图像的4D信息，即3D空间信息和1D光谱信息。目前，人们可以使用多种调制器和明亮的光源来获取这些信息，而莱斯大学的研究人员则通过此种新型投影仪，使用具有正常亮度和光学元件的光源来接收4D信息。
HSP压缩每个像素的数据，并将数据重构为具有光谱信息的3D地图。这些信息可包含数百种颜色，展示物体的形状和组成材料。RGB摄像头通常只提供三个光谱通道，而高光谱摄像头则提供多个光谱通道。
研究人员捕获了700纳米左右的红色和400纳米左右的蓝色，每隔几纳米就捕获一个波长的光线。结果显示，通过这种方式可以获得很高的光谱分辨率，以及对所拍摄场景更全面的认知。
由于HSP可通过简单而高效的方式，对深度和高光谱测量数据进行编码，因此使用HSP的系统可以使用单色摄像头，而非价格更昂贵的高光谱摄像头。HSP使用现成的数字微镜器件（DMD），将规则状的条纹投射到物体表面。然后，通过衍射光栅系统投影白光，将重叠的图案分离成不同的颜色，每种颜色都反射到单色摄像头上，摄像头为该像素分配数值灰度。如果像素反射多个彩色条纹，就可以有多个层级。每一层都被重新组合成物体该部分的整体光谱值。
研究人员之一Libu Xu表示，“这一切都发生在紧凑系统中，将光路折回同一衍射光栅和透镜，无需更复杂的光学设计，以致系统丢失光线或降低性能。Xu还称。“单一的DMD可以使我们保留想要的光线，滤除其他光线。”
尽管精细调谐的光谱可覆盖可见光以外的范围，但许多HSP支持的应用依赖可见光。反射回传感器的多路细波段光谱可以用于识别材料的化学成分。与此同时，图案畸变被重建成3D点云，与普通图片相比，包含更多关于物体的信息。
莱斯布朗工程学院电子与计算机工程副教授Kevin Kelly表示，“该项技术可以看到图像表面的颜色和纹理细节，而且使用近红外光线甚至可以看到画布之下的部分。”Kelly设想将HSP用于汽车前灯，以区分物体和行人。下一步，研究人员将致力于缩小高光谱条纹投影仪的尺寸，以拍摄动态压缩视频。
史海拾趣
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