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标题: MIT开发出LiDAR芯片可将3D扫描速度提升千倍 [打印本页]

作者: 3D新闻 时间: 2016-8-16 17:35
标题: MIT开发出LiDAR芯片可将3D扫描速度提升千倍
3D扫描有许多不同的技术，不过这些技术或多或少都与LiDAR（激光探测与测距）有点关系。这一技术自从激光器发明之后就已经出现了，它主要使用光束，通过测量回波信号以找出像素在3D空间中的位置。该技术目前而广泛应用于机器人和地理制图等领域。但是，这个技术相当繁琐和昂贵，而且获得的结果质量并不好。但是如今，整个LiDAR和3D扫描领域即将面临颠覆性的变化——麻省理工学院的科学家们正在300毫米晶圆上制造LiDAR芯片，成本不到10美元。最重要的是，该装置中的非机械光束控制要比当前机械性的LiDAR系统快1000倍。

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据天工社了解，这一突破性的成果是由MIT的博士生Christopher V. Poulton和他的导师Michael R. Watts教授在跟DARPA（美国国防高级研究计划局）合作研究光子技术的时候获得的。他们说，这一全新的LiDAR芯片将成为3D扫描市场中颠覆性的力量，可以用在从机器人到自动驾驶车辆、低成本扫描仪和可穿戴式传感器等各种设备上。
据研究人员透露，他们的LiDAR创新突破了当前系统的主要限制。因为大多数LiDAR系统（包括那些自主驾驶汽车）使用的都是离散自由空间光学组件，比如激光器、透镜和外部接收器等。在这些系统中，激光器在旋转的时候是震荡的——这就限制了它扫描的大小和复杂性，并使它不适合恶劣环境。更重要的是，它们也很昂贵，价格往往1000美元至70000美元之间。

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MIT开发出来的LiDAR芯片却截然不同，这些芯片的潜在制造成本能够达到10美元一块（在产量为百万片每年的条件下）。“这些芯片设备保证会比当今市场上可用的LiDAR系统更小、更轻，更便宜比，但是功能却强大得多，因为没有运动部件。”他们说。最重要的是，它们比现有的系统快1000倍，可以实现快得多的扫描速度，这对于跟踪高速对象来说非常有用。
据研究人员介绍，这项技术的起源可以追溯到硅光子技术，其使用有机硅在横截面中波导一个几百纳米以创建出“光丝（wires for light）”。这种“光丝”要比光纤小得多，这就为在一个非常小的芯片上实现光子电路铺平了道路，这种芯片属性类似于光纤，但是尺寸要小得多，还可以在CMOS工厂大批量生产，除此之外，还解决了光子波导损耗和光电隔离等基本问题。

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那么，它是如何工作的呢？简而言之，这些LiDAR芯片实际上是一块0.5毫米×6毫米的硅光子芯片，上面安装着可导向发射和接收阵列，以及锗光探测器等。尽管该芯片还没有集成激光器，但是科学家们已经证明了这是可以实现的。在扫描的时候，硅凹槽内的一个波导会作为天线将激光散布到可用空间里。一旦散播出去后，LiDAR芯片就能够使用与现有的LiDAR系统相同的飞行时间（time-of-flight）测量技术扫描对象了，而且不会受到太阳光的影响，也不需要昂贵的镜头。

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现在，他们的低成本LiDAR扫描仪可以检测的对象尺寸在5厘米到2米之间，他们的目标是在1年内将其扩大到10米。
不过，该技术现在的唯一问题是其转向范围只有有限的51度，由于尺寸的原因要克服这一问题将颇具挑战性。然而，他们认为在不久的将来应该能够达到100度的角度，这意味着，如果使用多个传感器的话很容易就能获得360度的图像。

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那么，科学家们的下一步的研究方向是什么？嗯，很明显还有许多工作仍需要做，比如在材料方面进行创新以实现更长的测距和更高的横向分辨率等。目前，DARPA已经发起了一个针对该技术的研究项目。
如果成功，这些芯片可以帮助自动驾驶汽车和机器人突破重大障碍，获得对周围环境的强大视觉能力。尽管LiDAR芯片真正进入商业化还需要几年的时间，但是它们肯定会改变我们所熟悉的3D扫描。
延伸阅读：《MIT最新偏振光技术可将3D扫描仪精度提升千倍》
（编译自IEEE Spectrum）来源：天工社

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