Unlocking the Performance of Proximity Sensors by Utilizing Transient Histograms

要約

近距離飛行時間型 (ToF) 距離センサーのクラスによってキャプチャされた一時的なヒストグラムを利用して、平面シーンのジオメトリを復元する方法を提供します。
過渡ヒストグラムは、ToF センサーに入射する光子の到着時間をエンコードする 1 次元の時間波形です。
通常、センサーは独自のアルゴリズムを使用して一時的なヒストグラムを処理し、距離推定値を生成します。距離推定値は、いくつかのロボット工学アプリケーションで一般的に使用されます。
私たちの方法は、一時的なヒストグラムを直接利用して、独自の距離推定値のみを使用する場合よりも正確に平面ジオメトリを復元できるようにし、独自の距離推定値だけでは不可能である平面表面のアルベドの一貫した復元を可能にします。
これは微分可能なレンダリング パイプラインを介して実現され、一時的なイメージング プロセスをシミュレートし、観察に一致するシーンのジオメトリを直接最適化できます。
私たちの方法を検証するために、さまざまな視点から 8 つの平面の 3,800 件の測定値を取得し、ほとんどのシナリオで私たちの方法が独自の距離推定ベースラインを 1 桁上回っていることを示します。
私たちの方法を使用して、ロボット アームのエンド エフェクターに取り付けられたセンサーから平面までの距離とその傾斜を感知する単純なロボット工学アプリケーションを示します。

要約(オリジナル)

We provide methods which recover planar scene geometry by utilizing the transient histograms captured by a class of close-range time-of-flight (ToF) distance sensor. A transient histogram is a one dimensional temporal waveform which encodes the arrival time of photons incident on the ToF sensor. Typically, a sensor processes the transient histogram using a proprietary algorithm to produce distance estimates, which are commonly used in several robotics applications. Our methods utilize the transient histogram directly to enable recovery of planar geometry more accurately than is possible using only proprietary distance estimates, and consistent recovery of the albedo of the planar surface, which is not possible with proprietary distance estimates alone. This is accomplished via a differentiable rendering pipeline, which simulates the transient imaging process, allowing direct optimization of scene geometry to match observations. To validate our methods, we capture 3,800 measurements of eight planar surfaces from a wide range of viewpoints, and show that our method outperforms the proprietary-distance-estimate baseline by an order of magnitude in most scenarios. We demonstrate a simple robotics application which uses our method to sense the distance to and slope of a planar surface from a sensor mounted on the end effector of a robot arm.

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