厘米波自由空间飞行时间成像
计算机视觉与模式识别
2021-05-26 v1 光学
摘要
深度相机正成为具有多样应用的基础模态,这些应用直接或间接依赖于所测深度,包括个人设备、机器人和自动驾驶车辆。尽管飞行时间(ToF)方法推动了这些应用,但 ToF 方法的精度与鲁棒性受限于依赖光子时间标记或光转换后的调制。成功的光学调制方法局限于具有大耦合损耗的光纤耦合调制或作用范围亚厘米级的干涉调制,且干涉方法与 ToF 方法之间的精度差距超过三个数量级。本工作中,我们弥合了这一差距,提出一种在光转换前进行全光自由空间相关计算成像方法,利用常规硅强度传感器实现微米级深度分辨率,并对表面反射率和环境光具有鲁棒性。为此,我们解决了两个技术挑战:GHz 速率调制与计算相位解缠。我们提出一种采用谐振偏振调制器的成像方法,并设计了一种新颖的光学双通倍频方案,在 10GHz 以上实现高调制对比度。同时,厘米波调制加之较小调制带宽使现有相位解缠方法失效。我们通过一种利用相邻缠绕通常高度相关的神经相位解缠方法解决了该问题。我们在仿真与实验中验证了所提方法,其实现了微米级深度精度。我们展示了独立于表面纹理和环境光的精确深度感知,并与现有模拟解调方法比较,在所有测试场景中均优于后者。
引用
@article{arxiv.2105.11606,
title = {Centimeter-Wave Free-Space Time-of-Flight Imaging},
author = {Seung-Hwan Baek and Noah Walsh and Ilya Chugunov and Zheng Shi and Felix Heide},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.11606},
year = {2021}
}