Objeto é rastreado em velocidade recorde sem precisar capturar sua imagem

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/06/2024

Esquema da técnica, baseada em sensores que captam um único píxel, e aparato experimental, consistindo no monitoramento de um anel que cai velozmente em uma mola (imagem borrada na última espiral da mola).
[Imagem: Zihan Geng/Tsinghua University]

Posição sem imagem

Pesquisadores desenvolveram um novo método de visualização 3D que pode ser usado para rastrear objetos em movimento rápido em velocidades sem precedentes.

Essa abordagem de rastreamento em tempo real, baseada em imagens com um único píxel, poderá ser usada para melhorar os sistemas de navegação dos veículos autônomos, de inspeção industrial e para vigilância de segurança.

A equipe demonstrou uma velocidade de rastreamento mais de 200 vezes mais rápida do que os métodos estado da arte baseados em vídeo. O método de rastreamento não requer nenhuma informação prévia de movimento e pode ser executado com recursos computacionais mínimos.

Isso foi obtido graças a uma tecnologia que dispensa a captura de uma imagem inteira do objeto para fazer seu rastreamento.

"Nossa abordagem não requer a reconstrução da imagem do objeto para calcular sua posição, o que reduz significativamente o armazenamento de dados e os custos computacionais," disse o professor Zihan Geng, da Universidade de Tsinghua, na China. "Especificamente, adquirir uma coordenada 3D requer apenas 6 bytes de espaço de armazenamento e 2,4 microssegundos de tempo de computação. Ao reduzir os custos computacionais e melhorar a eficiência, isto pode reduzir o custo do equipamento necessário para rastreamento de alta velocidade, tornando a tecnologia mais acessível e possibilitando novas aplicações."

Implementação da técnica em mesa óptica, ainda sem preocupações com acondicionamento e miniaturização.
[Imagem: Zihan Geng/Tsinghua University]

Imagem de píxel único

O imageamento de píxel único é um método computacional que faz medições usando um único detector, em vez do tradicional conjunto de píxeis captados por um CCD, o sensor de uma câmera digital. Essa técnica normalmente envolve iluminar a cena com uma sequência de padrões e medir os valores de intensidade correspondentes com um detector que capta um único píxel de cada vez.

Para criar um sistema de imagem de píxel único mais prático para rastreamento de objetos, os pesquisadores implementaram uma abordagem de projeção não ortogonal (planos de imagem que não são perpendiculares), que é mais eficiente do que o método ortogonal normalmente usado. Em termos simples, a técnica consiste em projetar padrões geométricos de luz em dois planos, criando coordenadas 3D que podem então ser usadas para calcular a posição do objeto. A projeção não ortogonal também reduz o tamanho geral do sistema, facilitando a montagem e implementação.

A técnica foi testada usando uma configuração de imagem de píxel único que inclui um laser de 532 nm para iluminação ativa, um microespelho digital (DMD), com taxa de modulação de 20kHz, para criar os padrões de luz, e dois detectores de píxel único para coletar os sinais de luz. Essa configuração alcançou uma taxa de rastreamento de 6.667 Hz com o DMD a uma taxa de modulação de 20kHz.

O desafio agora será tornar esta tecnologia capaz de rastrear múltiplos objetos, mas a equipe anunciou que já está desenvolvendo métodos que permitirão que vários objetos sejam rastreados com imagens de píxel único.

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