蓋世汽車訊 標(biāo)準(zhǔn)圖像傳感器可以捕捉光強(qiáng)度和顏色?；诔Ｒ姷默F(xiàn)有的傳感器技術(shù)（CMOS），攝像頭的體積變得越來越小，且更強(qiáng)大，可提供數(shù)十萬像素的分辨率。但截至目前，這些傳感器仍然只能從兩個(gè)維度查看，捕捉平面圖像，如一幅畫。

據(jù)外媒報(bào)道，斯坦福大學(xué)（Stanford University）的研究人員發(fā)明了一種新方法，允許標(biāo)準(zhǔn)圖像傳感器在三個(gè)維度看到光。也就是說，這些常見的攝像頭很快就可以用來測(cè)量到物體的距離。

圖片來源：斯坦福大學(xué)

該項(xiàng)目極具潛力。目前，只有使用專門且昂貴的激光雷達(dá)（lidar）才能用光測(cè)量物體間的距離。如果用戶發(fā)現(xiàn)有自動(dòng)駕駛汽車在附近行駛，則可以通過安裝在車頂?shù)摹凹夹g(shù)帽子”立即發(fā)現(xiàn)該車輛。而這些技術(shù)主要為汽車的激光雷達(dá)防撞系統(tǒng)，通過使用激光來確定物體之間的距離。

激光雷達(dá)和雷達(dá)類似，但它使用的是光而非無線電波。通過向物體發(fā)射激光并測(cè)量反射回來的光，激光雷達(dá)可以判斷一個(gè)物體有多遠(yuǎn)、行進(jìn)速度有多快，以及是靠近還是遠(yuǎn)離。最關(guān)鍵的是，激光雷達(dá)可以計(jì)算出兩個(gè)移動(dòng)物體的路徑是否會(huì)在未來的某個(gè)時(shí)刻相交。

斯坦福大學(xué)電氣工程專業(yè)的博士生Okan Atalar表示：“現(xiàn)有的激光雷達(dá)系統(tǒng)又大又笨重。但若想在數(shù)百萬架自動(dòng)駕駛無人機(jī)或輕型機(jī)器人車輛中使用，激光雷達(dá)需要非常小、非常節(jié)能并提供高性能。”

對(duì)于工程師來說，此次新發(fā)現(xiàn)可在兩個(gè)方面取得成果。首先，它可以啟用百萬像素分辨率的激光雷達(dá)，而該分辨率是今天不可能達(dá)到的閾值。更高的分辨率將使激光雷達(dá)能夠識(shí)別更遠(yuǎn)的物體。例如，一輛自動(dòng)駕駛汽車或許能夠從更遠(yuǎn)的地方（或更快）區(qū)分騎自行車的人和行人，從而使汽車更容易避免事故。其次，目前可用的圖像傳感器，包括智能手機(jī)，都可以通過添加最少硬件來捕捉豐富的3D圖像。

改變機(jī)器的觀察方式

將3D成像添加到標(biāo)準(zhǔn)傳感器的一種方法是通過添加光源（很容易做到）和調(diào)制器（不太容易做到）來非常快速地打開和關(guān)閉燈，每秒數(shù)百萬次。在測(cè)量光線的變化時(shí)，工程師可以計(jì)算距離。現(xiàn)有調(diào)制器也可以做到這一點(diǎn)，但它們需要相對(duì)較大的功率，以至于完全不適合日常使用。

該斯坦福研究團(tuán)隊(duì)由集成納米量子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（LINQS）和ArbabianLab的成員組成，其發(fā)明的新解決方案基于聲共振現(xiàn)象創(chuàng)建。該團(tuán)隊(duì)使用薄薄的鈮酸鋰晶片（一種電學(xué)、聲學(xué)和光學(xué)特性都非常理想的透明晶體）構(gòu)建了一個(gè)簡(jiǎn)單的聲調(diào)制器，并涂有兩個(gè)透明電極。

至關(guān)重要的是，鈮酸鋰是壓電的。也就是說，當(dāng)通過電極引入電流時(shí)，位于其原子結(jié)構(gòu)核心的晶格會(huì)改變形狀，會(huì)以非常高、可預(yù)測(cè)和可控的頻率振動(dòng)。而且，當(dāng)它振動(dòng)時(shí)，鈮酸鋰會(huì)強(qiáng)烈調(diào)制光；通過添加幾個(gè)偏振器，這種新的調(diào)制器每秒可有效地打開和關(guān)閉數(shù)百萬次燈。

Atalar還表示：“更重要的是，晶片和電極的幾何形狀定義了光調(diào)制的頻率，因此我們可以微調(diào)頻率。改變幾何形狀，你就改變了調(diào)制頻率?！?/p>

用技術(shù)術(shù)語來說，壓電效應(yīng)是通過晶體產(chǎn)生聲波，以理想、可調(diào)諧和可用的方式旋轉(zhuǎn)光的偏振。正是這種關(guān)鍵的技術(shù)偏離使團(tuán)隊(duì)取得了成功。隨后，技術(shù)人員在調(diào)制器后面小心放置一個(gè)偏振濾光片，將這種旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度調(diào)制（使光線更亮和更暗），因此每秒可以有效地打開和關(guān)閉燈數(shù)百萬次。

Atalar稱：“雖然還有其他方法可以打開和關(guān)閉燈，但這種聲學(xué)方法更可取，因?yàn)樗浅９?jié)能。”

實(shí)際成果

最重要的是，調(diào)制器的設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，并且可以集成到使用現(xiàn)成攝像頭的提議系統(tǒng)中，就像日常手機(jī)和數(shù)碼單反相機(jī)中的攝像頭一樣。Atalar和電氣工程副教授、顧問以及該項(xiàng)目的資深作者Amin Arbabian認(rèn)為該調(diào)制器可能成為一種新型緊湊、低成本、節(jié)能激光雷達(dá)的基礎(chǔ)，即“標(biāo)準(zhǔn)CMOS激光雷達(dá)”。未來，這些激光雷達(dá)將可用于無人機(jī)、地外漫游車和其他應(yīng)用程序。

提議的調(diào)制器可能會(huì)帶來巨大影響，有可能為所有圖像傳感器添加缺失的3D維度。為了證明該可能，該團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)上構(gòu)建了一個(gè)原型激光雷達(dá)系統(tǒng)，并使用現(xiàn)有數(shù)碼相機(jī)作為接收器。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)原型激光雷達(dá)系統(tǒng)捕獲了百萬像素分辨率的深度圖，同時(shí)僅需少量功率來操作光學(xué)調(diào)制器。

Atalar表示通過額外改進(jìn)，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將能耗降低了至少10倍，因此他們相信數(shù)百倍的能耗減少是可以實(shí)現(xiàn)的，那么未來帶有標(biāo)準(zhǔn)圖像傳感器小型激光雷達(dá)和3D智能手機(jī)攝像頭均有可能實(shí)現(xiàn)。

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