El telémetro láser basado en teléfono funciona al aire libre

El telémetro láser basado en teléfono funciona al aire libre

Los investigadores de CSAIL están presentando un nuevo sistema de detección de profundidad por infrarrojos construido a partir de componentes estándar, que funciona tanto en exteriores como en interiores. Crédito: Christine Daniloff / MIT

Microsoft Kinect fue una bendición para los investigadores de robótica. El sensor de profundidad barato y listo para usar les permitió crear prototipos de sistemas innovadores de manera rápida y rentable que permiten a los robots mapear, interpretar y navegar en sus entornos.

Pero los sensores como el Kinect, que utilizan luz infrarroja para medir la profundidad, se confunden fácilmente con la luz infrarroja ambiental. Incluso en interiores, tienden a requerir condiciones de poca luz y en exteriores, no tienen remedio.

En la Conferencia Internacional sobre Robótica y Automatización en mayo, investigadores del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL) del MIT presentarán un nuevo sistema de detección de profundidad infrarroja, construido desde un teléfono inteligente con un láser de $ 10 conectado, que también funciona en exteriores. como en.

Los investigadores prevén que los teléfonos móviles con láseres infrarrojos integrados baratos podrían acoplarse a vehículos personales, como carritos de golf o sillas de ruedas, para ayudar a que sean autónomos. También se podría construir una versión del sistema en pequeños robots autónomos, como los drones de entrega de paquetes propuestos por Amazon, cuyo amplio despliegue en entornos impredecibles prohibiría el uso de costosos telémetros láser.

“Mi grupo ha estado presionando fuertemente por un enfoque centrado en dispositivos para ciudades más inteligentes, en comparación con el enfoque actual, en gran parte centrado en vehículos o centrado en infraestructura”, dice Li-Shiuan Peh, profesor de ingeniería eléctrica e informática cuyo grupo desarrolló el sistema. “Esto se debe a que los teléfonos tienen un ciclo de actualización y reemplazo más rápido que los vehículos. Los automóviles se reemplazan en el plazo de una década, mientras que los teléfonos se reemplazan cada uno o dos años. Esto ha llevado a que los conductores solo usen el GPS del teléfono en la actualidad, como funciona bien, es omnipresente y se mantiene actualizado. Creo que la industria de los dispositivos impulsará cada vez más el futuro del transporte “.

El telémetro láser basado en teléfono funciona al aire libre
Los investigadores crearon un prototipo del sensor usando la cámara en un teléfono celular común y un emisor láser básico que cuesta alrededor de $ 10.

Junto a Peh en el artículo está el primer autor Jason Gao, un estudiante de doctorado del MIT en ingeniería eléctrica e informática y miembro del grupo de Peh.

Ruido de fondo

Los sensores de profundidad infrarrojos vienen en varias variedades, pero todos emiten ráfagas de luz láser al medio ambiente y miden los reflejos. La luz infrarroja del sol o de fuentes artificiales pueden inundar la señal reflejada, haciendo que las mediciones no tengan sentido.

Para compensar, los telémetros láser comerciales utilizan ráfagas de luz de mayor energía. Pero para limitar el riesgo de daño ocular, esas ráfagas deben ser extremadamente cortas. Y la detección de reflejos de corta duración requiere un hardware sofisticado que eleva el costo de los dispositivos a miles de dólares.

Los investigadores del MIT construyeron un sistema de detección de profundidad por infrarrojos desde un teléfono inteligente con un láser de $ 10 que funciona tanto en exteriores como en interiores. Crédito: CSAIL

En cambio, el sistema de Gao y Peh realiza varias mediciones y las sincroniza con la emisión de ráfagas de luz de baja energía. Esencialmente, captura cuatro cuadros de video, dos de los cuales registran reflejos de señales láser y dos de los cuales registran solo la luz infrarroja ambiental. Luego, simplemente resta la luz ambiental de sus otras medidas.

En su prototipo, los investigadores utilizaron un teléfono con una cámara de 30 cuadros por segundo, por lo que capturar cuatro imágenes impuso un retraso de aproximadamente un octavo de segundo. Pero las cámaras de 240 cuadros por segundo, que reducirían ese retraso a 60 de segundo, ya están disponibles comercialmente.

El sistema utiliza una técnica llamada triangulación activa. El láser, que está montado en la parte inferior del teléfono en el prototipo, emite luz en un solo plano. El ángulo de la luz que regresa se puede medir desde donde cae en el sensor 2-D de la cámara.

Reemplazo global

En rangos de 3 a 4 metros, el sistema mide la profundidad con una precisión medida en milímetros, mientras que a 5 metros, la precisión disminuye a 6 centímetros. Los investigadores probaron su sistema en un carrito de golf sin conductor desarrollado por la Alianza Singapur-MIT para la Investigación y la Tecnología y encontraron que su resolución de profundidad debería ser adecuada para vehículos que se mueven a velocidades de hasta 15 kilómetros por hora.

Sin embargo, los avances inminentes en la tecnología de las cámaras podrían mejorar esas cifras. Actualmente, la mayoría de las cámaras de los teléfonos móviles tienen lo que se llama un obturador rodante. Eso significa que la cámara lee las mediciones de una fila de fotodetectores antes de pasar a la siguiente. Una exposición que dura una trigésima parte de un segundo en realidad puede consistir en mil mediciones secuenciales de una fila.

En el prototipo de Gao y Peh, el pulso de luz saliente tiene que durar lo suficiente para que su reflejo se registre sin importar en qué fila golpee. Sin embargo, las futuras cámaras de los teléfonos inteligentes tendrán un “obturador global”, lo que significa que leerán las mediciones de todos sus fotodetectores a la vez. Eso permitiría al sistema emitir ráfagas de luz más cortas, que en consecuencia podrían tener energías más altas, aumentando el alcance efectivo.

“Es emocionante ver a las instituciones de investigación y las empresas desarrollar innovación y avances tecnológicos, ya que apoyaría el impulso de Singapur para una experiencia de transporte perfecta”, dice Lam Wee Shann, director de la División de Futuros del Ministerio de Transporte de Singapur. “El nuevo sistema láser de detección de profundidad del MIT podría ayudar a avanzar en el desarrollo de vehículos autónomos, acercándonos un paso más a su implementación en un futuro próximo”.


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