La visión artificial 3D utiliza un solo píxel para lograr una alta velocidad y rentabilidad

El seguimiento en 3D y la visión artificial, tal y como se representa en esta imagen renderizada, sustentan la capacidad de los vehículos autónomos y otros robots para comprender y responder al mundo que les rodea. La nueva tecnología promete un enorme salto en velocidad, con un enorme ahorro en costes, almacenamiento de datos y tiempo de procesamiento.
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Los coches autónomos dependen de sensores avanzados y de una gran potencia de cálculo. Sin embargo, un equipo de investigación dirigido por la Universidad china de Tsinghua ha desarrollado un sistema de seguimiento que reduce los requisitos informáticos a un solo píxel.

Al principio, los sistemas de visión por ordenador necesarios para los vehículos autónomos y la seguridad inteligente parecían sencillos: conectar una cámara a un procesador, añadir unos cuantos algoritmos y listo. Los seres humanos procesan imágenes complejas sin esfuerzo gracias a sus sistemas biológicos, así que, ¿qué dificultad puede haber?

Retos de la emulación de la visión humana y la respuesta reflexiva
Resulta que es extremadamente difícil. Aunque el ojo humano es ópticamente más sencillo (aunque sigue siendo complejo), el procesamiento subyacente es increíblemente intrincado. Además, el ser humano utiliza esta información y responde de forma refleja, lo que hace casi imposible emularla.

El equipo de investigación de Tsinghua ha logrado un gran avance al crear un método de seguimiento 3D de objetos en movimiento rápido a velocidades excepcionales, todo ello reduciendo las exigencias informáticas. La innovación consiste en conseguirlo no con una imagen completa, sino utilizando un solo píxel.

Seguimiento eficaz de objetos sin reconstrucción de imágenes

“Nuestro método no requiere reconstruir la imagen del objeto para determinar su posición, lo que reduce enormemente el almacenamiento de datos y los costes computacionales”, explica Zihan Geng, líder de la investigación.

“En concreto, el cálculo de una coordenada 3D requiere sólo seis bytes de almacenamiento y 2,4 microsegundos de tiempo de cálculo. Al reducir los gastos computacionales y mejorar la eficiencia, podría disminuir el coste de los equipos para el seguimiento a alta velocidad, haciendo la tecnología más asequible y abriendo nuevas aplicaciones.”

El equipo afirma que su técnica puede rastrear objetos 200 veces más rápido que los métodos convencionales basados en vídeo utilizando un solo detector, sin información previa y con una potencia de cálculo mínima.

Lo consigue proyectando patrones geométricos de luz sobre el objeto y midiendo la intensidad en un solo píxel. Mediante complejos cálculos matemáticos, se determinan la posición y la trayectoria del objeto.

Utilización de un láser y datos de un solo píxel para el seguimiento de objetos

Al principio, el equipo utilizó simulaciones, pero pronto pasó a utilizar un láser y un dispositivo digital de microespejos (DMD) para iluminar una esfera metálica que se desplazaba por un cable curvado en espiral. El sistema realizaba cálculos a partir de los datos de un solo píxel.

En la actualidad, este método rastrea un solo objeto; el próximo objetivo es rastrear varios objetos simultáneamente.

“Esta tecnología podría mejorar la percepción en los coches autoconducidos, los sistemas de vigilancia de seguridad y la eficacia de la supervisión y el control de calidad en las inspecciones industriales”, afirma Geng. “Además, esta técnica de localización de alta velocidad puede aplicarse en la investigación científica, como el estudio de las trayectorias de vuelo de los insectos”.

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