3D立体视觉技术如何影响各领域的人机交互?

2017-06-22 超多维SuperD
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计算视觉技术一直在努力向堪比人类智慧的智能方向发展,以更好地了解场景。如果不能解释周围的世界,计算机就无法与人实现自然交流对接。计算机在了解周围场景方面面临的主要问题包括细分、对象表征、机器学习与识别等。但 2D 表征本身存在局限性,很难再获得更多更有用的内容,而3D视觉凭借更多一维(Z轴)的信息,带来了更好的效果和体验。

“Z”(深度)创新



向 3D 视觉发展过程中的挑战一直都是第三坐标 —z 轴坐标的获取。人眼能看到 3D 对象,能自然识别 (x,y,z) 坐标轴,从而能够看到一切事物,而后大脑能够以 3D 影像的形式表达这些坐标轴。机器无法获得 3D 视觉的一大挑战就在于影像分析技术。目前有 3 种应对 3D 采集问题的常见解决方案,每种方案都有其独特的功能与特定的用途,分别为:立体视觉、结构光模式以及飞行时间法 (TOF)。这些技术提供的 3D 影像输出可实现手势识别技术。
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3D视觉如何影响人机交互?



随着“z”坐标的加入,显示与影像更接近自然,更贴近人类。人们在显示屏上能看到人眼从周边环境所看到的逼真事物。增加第三维坐标改变了可使用的显示与应用类型。


1.立体显示屏


立体显示屏通常需要用户佩戴 3D 眼镜。这种显示屏为左右眼提供不同的影像,两眼看到的影像不同,让大脑误以为看到了 3D 影像。这种显示屏目前广泛用于众多 3D 电视与 3D 电影院。


2.多视点显示屏


多视点显视屏不同于立体显示屏,无需佩戴特殊眼镜。这些显示屏可同时投射多个影像,每个影像稍微有些位移,形成适当的角度,让用户可在每个视点角度看到相同对象的不同投射影像。这些显示屏支持全息摄影效果,在不久的将来将实现全新的 3D 体验。


3.手势识别(消费类)


手势识别是一项深受欢迎的技术,可为游戏、消费类以及移动产品带来新的输入方式。用户能够以极其自然、直观的方法与设备进行互动,从而可促进产品推广。这些人类手势识别产品包括各种分辨率的 3D 数据。原始数据到z深度解析、双手跟踪以及全身跟踪等软件模块需要数字信号处理器 (DSP) 对 3D 数据进行高效快速处理,才能实现实时游戏与跟踪。
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4.工业


工业与制造传感器等大多数 3D 视觉工业应用都采用至少 1 像素至数 100k 像素的影像系统。3D 影像可使用 DSP 技术进行控制分析,确定制造瑕疵或者从部件集中选择正确的部件。


5.互动数字标牌(精确定位的市场营销工具)


每天我们都在遭受广告的轰炸,无论是看电视、开车还是在机场登机都是如此。有了互动数字标牌,企业就可通过精确定位的市场营销工具提供适合每位消费者的内容。例如,有人走过一个数字标牌,标牌上可能就会马上显示额外的消息确认该客户。如果客户停下来阅读信息,该标牌可能会理解为客户对产品感兴趣,并提供更有针对性的消息。麦克风则将让广告牌检测并识别关键短语,进一步精确定位所提供的消息。这些互动数字标牌系统将需要 3D 传感器进行全面的身体跟踪,2D 传感器进行面部识别,并需要麦克风进行语音识别。这些系统的软件将运行在更高级的 DSP 及通用处理器 (GPP) 上,不但可实现面部识别、全面的身体跟踪以及 Flash 媒体播放器等应用,而且还可提供诸如 MPEG4 视频解码等功能。
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6.医疗(无故障虚拟/远程护理)


3D 视觉将为医疗领域带来前所未有的全新应用。医生无需跟患者共处一室就可问诊。远程虚拟护理采用高精度 3D 传感器支持的医学机器人视觉系统,可确保为每一位患者提供最优质的医疗护理,无论他们身处何方。


7.汽车(安全)


汽车应用在交通信号、车道以及障碍检测方面使用 2D 传感器技术取得了长足发展。随着 3D 传感技术的到来,3D 传感器的“z”数据将大幅提升场景分析的可靠性。汽车通过使用 3D 视觉系统,现已有了预防事故的新途径,无论白天还是夜间都非常适用。采用 3D 传感器,车辆能可靠检测并解读周边环境,确定对象是否对车辆及车内乘客构成安全威胁。这些系统要求软硬件支持 3D 视觉系统,并需要密集型 DSP 及 GPP 处理性能在极短时间内解读 3D 图形,避免事故。


8.视频会议


视觉会议技术经过多年发展,已经从间断脱节传输影像发展成当前的高清系统。未来增强型视频会议将充分发挥 3D 传感器的优势,提供更真实、更具互动性的视频会议体验。这样的增强型视频会议系统具有集成型 2D 传感器以及 3D 传感器及麦克风组合,将能够与其它增强型系统连接,实现高质量的视频处理、面部识别、3D 影像、噪声消除以及内容播放器(Flash 等)等应用。随着这种密集型音视频处理需求的出现,需要具备最佳性能及外设组合的 DSP。
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3D视觉未来有哪些精彩?


没有人质疑 3D 视觉的诱人因素。工程师早已在期待未来的应用发展。那么不久的将来会出现哪些最新技术?研究人员已经在开发针对人和对象的各种视觉技术了。全球研究人员正在使用多路径光分析技术,探索实现转角视觉或绕开对象的视觉途径。透明研究将带来可透视对象和材料的系统,而运动检测系统则将带来查看人类大脑内部的应用,从而可检验一个人是否在撒谎……3D视觉技术的发展将会带来无尽的可能性。
 


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