微型固态激光雷达为百万像素竞赛增加筹码

一种16,384像素的新型激光雷达芯片可用于自动驾驶汽车、无人机和机器人

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蓝色的正方形被平铺着,彩色的线条在它的表面纵横交错,一束巨大的红色激光束被聚焦到蓝色正方形上的一点上

这是一种新型固态激光雷达系统的示意图,由加州大学伯克利分校的科学家开发。由连接到天线的微机电开关选择的光学天线发射激光束。反射光由同一天线捕获,测量时间延迟并计算距离。

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激光雷达越来越多地为自动驾驶汽车、无人机、机器人以及智能手机提供3D扫描功能,但它通常采用活动部件,这限制了它的收缩程度。一项新的研究发现,现在科学家们已经开发出一种指尖大小的固态激光雷达芯片,有朝一日可能会导致无处不在的3D传感器。亚博排列五投注网站

激光雷达传感器使用光,就像雷达使用无线电波一样——它将激光照射到一个位置,并分析反射脉冲返回所需的时间,以计算距离并生成一个地方的3D地图。为了捕捉这些飞行时间数据,激光雷达传感器必须引导激光束穿过扫描区域,通常使用的机械部件会使设备速度慢、体积大、不稳定且昂贵。

不过,最近科学家们已经开始探索固态激光雷达传感器。亚博排列五投注网站一种策略是光学相控阵,这控制阵列中天线发射的光波通过移动阶段-也就是波浪彼此同步的程度。然而,这些设备往往需要大天线,高性能,它们的功耗可能很高,并且当它们紧密地挤在一起时,控制大量元素的相位可能具有挑战性,这可能会限制决议以及这些设备的视野。

“我们的激光雷达的每个像素都可以发出激光,并接收来自目标.....的反射光,而不仅仅是捕捉进入相机的自然光我们有可能让激光雷达像现在的智能手机摄像头一样小巧。”
-Ming Wu,加州大学伯克利分校

固态激光雷达的另一种策略涉及所谓的焦平面开关阵列.这包括一个被分割成像素的芯片,每个像素都有一个天线,专门用于传感器视野中的一块空间。芯片中的光学开关通过一系列通道将光线传送到每个天线,天线发射和接收激光脉冲。这个天线阵列被放置在透镜后面,聚焦进出设备的光线。

“我们的激光雷达非常类似于数码相机,”该研究的资深作者说明吴他是加州大学伯克利分校的电气工程师。“我们只是简单地用我们的光学开关阵列替换CMOS图像传感器。我们的激光雷达的每个像素都可以发出激光,并接收来自目标的反射光,而不仅仅是捕捉进入相机的自然光。这使我们能够逐像素测量目标距离,将2D图像扩展到3D。这种相似性意味着我们有可能让激光雷达像今天的智能手机摄像头一样小巧。”

然而,到目前为止,开关的尺寸和所需的高功率将这种激光雷达传感器限制在512像素或更低。亚博排列五投注网站现在,Wu和他的同事们开发了一种焦平面开关阵列激光雷达,具有16384个像素,是迄今为止固态激光雷达的最高分辨率,它集成在110平方毫米的硅光子芯片上。

扫描电子显微镜照片显示了新激光雷达阵列的一部分。这张扫描电子显微镜照片显示了新的“焦平面开关”激光雷达阵列的一部分。Kyungmok Kwon

实现新设备的关键进步是基于微机电系统(MEMS)的开关的使用。这些产品占地面积小,功耗低,切换时间快。

128 * 128的天线阵列可以将激光束瞄准16384个不同的方向,覆盖70度的广阔视野。相比之下,人类双目视觉的水平视场跨度约为120至140度。“70度的视角非常接近智能手机摄像头的视角,”吴说。

“CMOS相机无处不在,因为它们体积小、价格便宜。智能手机摄像头大小的固态激光雷达将带来许多新的应用。”
-Ming Wu,加州大学伯克利分校

在实验中,该设备在大约10米的范围内具有1.7厘米的分辨率。该设备可以以100千赫兹的速度工作,研究人员说这适用于激光雷达扫描仪。

新的传感器的横向分辨率相对较低,只有0.13度清华大学和钱莉在北京大学他在一篇对这项新研究的评论中写道。他们说,这将限制其远程探测的适用性,这是许多焦平面开关阵列激光雷达系统的一个缺点。他们补充说,增加芯片尺寸或缩小每个像素的占地面积可以提高这一分辨率,可能是通过进一步优化MEMS开关。

科学家们设想将目前每个55 × 55微米像素的尺寸缩小到10 × 10微米,并将芯片尺寸增加到1 × 1厘米,以实现百万像素固态激光雷达。他们指出,使用鱼眼镜头可以获得180度或更大的视场。

“我们激光雷达的像素大小为50微米,与30年前发明的第一个CMOS图像传感器大致相同,”吴说。“我们希望激光雷达的分辨率随着技术的进步而提高,就像CMOS图像传感器一样。亚博排列五投注网站希望用不到30年的时间就能把它的分辨率提升到百万像素。”

研究人员指出,他们的设备可以在商用CMOS代工厂中使用标准半导体工艺大规模生产。“CMOS相机无处不在,因为它们体积小、价格便宜。智能手机摄像头大小的固态激光雷达将实现许多新的应用。”“它们将使机器人能够更精确地与人类互动,以及彼此之间的互动。”

除了自动驾驶汽车和驾驶辅助,这些激光雷达传感器“可以用于自动导航无人机——家庭安全无人机将是一个有趣的应用,”吴说。亚博排列五投注网站“一些扫地机器人已经有了一些基本的激光雷达;高分辨率激光雷达将以更高的精度为你的房子提供3D地图。其他应用包括移动3D传感,包括增强现实。”

科学家们详细描述了他们的发现3月9日在线发表自然

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欧洲扩大虚拟边界以阻止移民

我们的调查显示,欧洲正在转向遥感探测航海移民,以便非洲国家可以把他们拉回来

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一群人坐在水面上的充气船上,背景是一艘巡逻舰。

2020年2月28日,在希腊莱斯博斯岛的Skala Sikaminias村,从土耳其横渡爱琴海的移民在一艘Frontex船只的陪同下乘坐橡皮艇。

美联社

午夜过后当时一艘载有数十名移民的橡皮艇从利比亚出发,遭遇了一艘来自马德拉岛的笨重货船和一架欧洲军用飞机。船长停止了引擎,飞机对着橡皮艇闪烁着灯光。但无论是船只还是飞机都没有前来救援。相反,马耳他当局告知船长不得不等待来自马耳他的船只来接走这些移民。当这些船只到达时,三名移民在试图游向闲置的船只时溺亡。

这艘停泊在马耳他的私人船只搭载了幸存者,向南行驶约237公里,将这些移民交给了利比亚当局,而不是返回160公里外的马耳他。利比亚过去和现在都处于内战之中。另外5名移民在南行途中死亡。通过将移民送到那里,马耳他船只的船长,或许还有相关的欧洲救援当局,可能违反了国际海洋法,该法律要求船长将他们救援的人送回安全的港口。相反,在过去十年中返回利比亚的移民报告说,他们在试图穿越地中海时遭到奴役、身体虐待、勒索和谋杀。

如果将获救的移民送往利比亚是合法的,那么它的成本将与向南而不是向东多派出几公里的救援船一样低。但在过去几年里,欧洲海上军事巡逻的海上救援行动越来越少,同时增加了有人和无人的空中巡逻,并投资于遥感技术,以扩大虚拟边界,在移民接近实际边界之前阻止他们。

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