Microsoft Kinect, появившись в свое время на рынке, стал большим подспорьем для всех энтузиастов робототехники. Дешевый, легкодоступный объемный сенсор позволил быстро и рентабельно создавать прототипы новых роботизированных систем. Однако сенсоры вроде Kinect, использующие для своей работы инфракрасный свет, легко сбиваются фоновым ИК-излучением. Поэтому даже внутри помещений им часто требуются затененные условия, а вне помещений они практически бесполезны.

В мае на Международной конференции робототехники и автоматизации исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) представят свою новую систему восприятия объема, которая способна работать в естественной среде. Она создана на базе инфракрасного сенсора и представляет собой обычный смартфон с прикрепленным лазером стоимостью в 10 долларов.

Все инфракрасные сенсоры глубины работают, испуская в окружающую среду импульсы лазерного света и измеряя его отражения. Однако ИК-излучение от Солнца или искусственных объектов может забивать отраженный сигнал, делая его бесполезным. Компенсируется этот недостаток тем, что коммерческие лазерные дальномеры используют более мощные лазеры. Чтобы снизить опасность таких излучателей для глаз, их импульсы делают чрезвычайно короткими. Но чтобы засечь столь короткие отражения, необходимо использовать сложное оборудование, которое доводит цену дальномеров до нескольких тысяч долларов.

Вместо этого система из MIT делает несколько замеров, синхронизируя их с эмиссией слабых световых импульсов. Фактически она снимает четыре кадра видео, два из которых фиксируют отражения лазерного сигнала, а еще два записывают исключительно фоновое ИК-излучение. Затем система просто вычитает фоновый свет из своих измерений.

В своем прототипе ученые использовали смартфон с камерой 30fps, в связи с чем запись четырех кадров видео задерживается примерно на одну восьмую долю секунды. Однако уже сейчас на рынке доступны камеры 240fps, которые способны снизить эту задержку до 60-й доли секунды.

В основе самой системы лежит техника активной триангуляции. Лазер, закрепленный на смартфоне, излучает лазерный свет в одной плоскости. Затем система измеряет угол падения отраженного света на сенсор камеры. На расстоянии в 3–4 метра система измеряет глубину с точностью до нескольких миллиметров, однако начиная с 5-метровой глубины погрешность увеличивается до 6 сантиметров. Впрочем, неизбежный прогресс в технологии создания камер позволит со временем улучшить эти показатели. На сегодняшний день большинство смартфонов используют так называемый строковый фотозатвор. Такой затвор считывает показания с одной линии фотодетекторов, а затем переходит к следующей. Экспозиция в одну тридцатую секунды в нем может на самом деле состоять из тысячи последовательных однолинейных измерений.

В камерах будущего будут использоваться "глобальные затворы", способные считывать показания со всех фотодетекторов одновременно. Это позволит системе MIT применять более короткие лазерные импульсы с большей мощностью, которая увеличит эффективную дальность устройства. Уже сейчас точности системы хватит для того, чтобы собрать на ее основе самоуправляемый мини-автомобиль, который сможет безопасно развивать скорость до 15 километров в час.

Расческа Majestic

Очищающая салфетка