深度感應攝像頭可以在明亮的陽光下和黑暗中收集三維信息

深度感應攝像頭，如微軟用于視頻游戲的Kinect控制器，已成為廣泛使用的3D傳感器。現在，卡內基梅隆大學和多倫多大學發明的一種新的成像技術解決了這些相機的一個主要缺點：無法在明亮的光線下工作，尤其是陽光。

關鍵是只收集相機實際需要的光線。研究人員創建了一個數學模型，幫助對這些設備進行編程，使攝像機及其光源有效地協同工作，消除外來光線或“噪聲”，否則會消除檢測場景輪廓所需的信號。

CMU機器人學副教授Srinivasa Narasimhan說：“我們有辦法選擇我們想捕捉的光線，而只選擇那些光線。” “我們不需要新的圖像處理算法，我們不需要額外的處理來消除噪音，因為我們不收集噪音。這都是由傳感器完成的。”

基于該模型的一個原型將激光投影儀與普通的卷簾快門相機(大多數智能手機中使用的相機類型)同步，以便相機僅在從掃描場景掃描時檢測到激光照射點的光。

這不僅可以使相機在極亮的光線下工作，也可以在高度反射或漫射的光線下工作 - 它可以捕捉已經打開的燈泡的形狀，例如透過煙霧 - 但也可以它非常節能。這些功能組合可以使這種成像技術適用于許多應用，包括醫學成像，閃亮部件的檢測和用于探測月球和行星的機器人的感應。它也可以很容易地融入智能手機。

深度相機通過在場景上投射點或線的圖案來工作。根據這些圖案的變形方式或光線反射回相機所需的時間，可以計算場景的三維輪廓。

問題在于這些設備使用以低功率操作的緊湊型投影儀，因此當相機捕獲來自場景的環境光時，它們的模糊圖案被沖洗掉并且檢測不到。但是，當投影儀在場景中掃描激光時，激光束照射的光點更亮，如果只是短暫的，那么計算機科學教授的Kyros Kutulakos就知道了。

“即使我們沒有發送大量光子，在短時間內，我們發送的能量遠遠超過太陽發出的能量，”他說。訣竅是能夠僅在光照時從該光點記錄光，而不是試圖從整個明亮場景中挑選出光點。

在使用滾動快門相機的原型中，這通過使投影儀同步來實現，使得當激光掃描特定平面時，相機僅接收來自該平面的光。或者，如果使用其他相機硬件，團隊開發的數學框架可以計算能量效率代碼，以優化到達相機的能量。

除了能夠使用類似Kinect的設備在室外播放視頻游戲之外，新方法還可以用于醫學成像，例如當光進入皮膚時光會擴散時會被遮擋的皮膚結構。同樣地，盡管光散射通常使得相機難以穿透，但系統仍可透視煙霧。制造商也可以使用該系統來查找閃亮或鏡像組件中的異常。

CMU機器人大學教授William“Red”Whittaker表示，該系統為地外機器人提供了許多優勢。他指出，由于深度攝像機主動照亮場景，因此它們適合在黑暗中使用，例如在隕石坑內。在月球的極地區域，太陽始終處于低角度，能夠消除眩光的視覺系統是必不可少的。

“低功耗傳感非常重要，”惠特克說，并指出機器人的傳感器會耗費相對較多的能量，因為它們始終處于開啟狀態。“在太空任務中，每一瓦特都很重要。” Narasimhan表示，可以在戶外操作的深度攝像機可以用于汽車應用，例如保持“自動駕駛”汽車之間的間距，這些汽車是“排長”的 - 以緊密的間隔相互跟隨。