盖世汽车讯 目前机器人和无人机的视觉系统依赖于3D传感器，虽然这些传感器功能强大，但却无法始终跟上现实世界快速且不可预测的运动。这些系统通常难以即时测量速度，或者体积过大、成本过高，难以满足日常使用需求。据外媒报道，在期刊《Nature》发表的一篇论文中，科学家们报告了他们如何开发出一种芯片级4D成像传感器，该传感器能够在创建环境3D地图的同时，追踪运动物体的速度。
图片来源：期刊《Nature》
芯片上的传感器
研究人员构建了一个焦平面阵列（FPA），这是一个由61,952个固定像素组成的物理网格，这些像素蚀刻在单个硅芯片上。每个像素都是一个微型传感器，它向目标场景发射激光并检测反射信号。
为了“感知”周围环境，来自外部光源的激光被输入到芯片中。这束光通过芯片上的光开关网络进行路由，这些光开关依次将其导向不同的像素组。然后，每个像素使用一种称为FMCW LiDAR的技术来测量返回的信号，该信号随后被处理以确定距离和速度。在许多激光雷达系统中，一组像素发送光，另一组像素接收光，但在这里，所有像素都同时发送和接收光，这使得系统更加紧凑。
此外，该芯片采用连续激光束而非传统传感器使用的短脉冲光。其优势在于，它能够检测光波频率的微小变化，从而同时计算物体的距离和速度。
同时测量距离和速度
研究团队在多种环境下测试了芯片上的传感器，以检验其在不同距离和运动状态下的性能。该传感器扫描场景，并将其重建为由数千个数据点组成的三维数字地图。该系统成功绘制了6至11米范围内的室内地图。
为了测试其探测范围，科学家们将芯片对准65米外的一栋建筑物，结果显示其性能足以捕捉到窗户和阳台等细节。他们还测试了这项创新技术在旋转圆盘上的应用，并立即测量了圆盘的转速。
“这是首次在芯片上集成所有相关电子元件的大规模相干焦平面阵列（FPA）的演示，从而实现了广泛应用所需的成本结构，”通讯作者Remus Nicolaescu写道。
该团队仍在对芯片进行改进，例如提高分辨率和扩展其探测范围。一旦走出实验室，这项技术的应用范围将不仅限于机器人和无人机。它还有望改进数码相机，包括手机中的摄像头。
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