研究人员开发了一种新的 3D 方法，可用于以前所未有的高速度跟踪快速移动的物体。这种基于单像素成像的实时跟踪方法可用于改进自动驾驶、工业检查和安全监控系统。

“我们的方法不需要重建物体的图像来计算其位置，这大大降低了数据存储和计算成本，”中国清华大学研究团队负责人耿子涵表示。“具体来说，获取 3D 坐标只需要 6 个字节的存储空间和 2.4 µs 的计算时间。通过降低计算成本和提高效率，它可以降低高速跟踪所需设备的成本，使该技术更易于获取并实现新的应用。”

在Optica Publishing Group 期刊《Optics Letters》中，研究人员展示了一种比传统基于视频的方法快 200 多倍的跟踪速度。该跟踪方法不需要任何先前的运动信息，并且可以用最少的计算资源来执行。

“这项技术可以增强自动驾驶汽车等技术的感知能力，改善安全监控系统，并为工业检测提供更高效的监控和质量控制，”耿说。“此外，这种高速定位技术可用于科学研究，例如昆虫飞行轨迹研究。”

提高可用性

单像素成像是一种计算方法，使用单个探测器而不是传统的像素阵列来获取测量值。它通常涉及用一系列图案照亮场景，然后用单像素探测器测量相应的强度值。

为了创建更实用的单像素成像系统用于物体跟踪，研究人员实施了一种非正交投影方法，这种方法比通常使用的正交方法更有效。这涉及将几何光图案投影到两个非正交平面上，从而创建用于计算物体位置的 3D 坐标。非正交投影还可以减小整个系统的尺寸，使其更易于组装和实施。

高速跟踪

在使用模拟验证了他们的方法后，研究人员使用单像素成像装置进行了实验，该装置包括用于主动照明的 532 nm 激光器、用于创建光图案的具有 20kHz 调制率的数字微镜设备 (DMD) 和两个用于收集光信号的单像素探测器。

为了测试跟踪能力，他们让一个带有中心孔的金属球在重力作用下沿弯曲的螺旋线移动，同时用光图案照射。他们使用探测器的信号计算物体的 3D 位置，然后使用坐标系旋转来获得物体的计算运动轨迹。通过这种方法，他们在调制率为 20kHz 的情况下使用 DMD 实现了 6667 Hz 的跟踪率。

研究人员表示，这项技术的主要挑战在于，目前它只能用于追踪单个物体。他们目前正在开发一种使用单像素成像来追踪多个物体的方法。