蓋世汽車訊 標準圖像傳感器可以捕捉光強度和顏色。基于常見的現有的傳感器技術（CMOS），攝像頭的體積變得越來越小，且更強大，可提供數十萬像素的分辨率。但截至目前，這些傳感器仍然只能從兩個維度查看，捕捉平面圖像，如一幅畫。

據外媒報道，斯坦福大學（Stanford University）的研究人員發明了一種新方法，允許標準圖像傳感器在三個維度看到光。也就是說，這些常見的攝像頭很快就可以用來測量到物體的距離。

圖片來源：斯坦福大學

該項目極具潛力。目前，只有使用專門且昂貴的激光雷達（lidar）才能用光測量物體間的距離。如果用戶發現有自動駕駛汽車在附近行駛，則可以通過安裝在車頂的“技術帽子”立即發現該車輛。而這些技術主要為汽車的激光雷達防撞系統，通過使用激光來確定物體之間的距離。

激光雷達和雷達類似，但它使用的是光而非無線電波。通過向物體發射激光并測量反射回來的光，激光雷達可以判斷一個物體有多遠、行進速度有多快，以及是靠近還是遠離。最關鍵的是，激光雷達可以計算出兩個移動物體的路徑是否會在未來的某個時刻相交。

斯坦福大學電氣工程專業的博士生Okan Atalar表示：“現有的激光雷達系統又大又笨重。但若想在數百萬架自動駕駛無人機或輕型機器人車輛中使用，激光雷達需要非常小、非常節能并提供高性能。”

對于工程師來說，此次新發現可在兩個方面取得成果。首先，它可以啟用百萬像素分辨率的激光雷達，而該分辨率是今天不可能達到的閾值。更高的分辨率將使激光雷達能夠識別更遠的物體。例如，一輛自動駕駛汽車或許能夠從更遠的地方（或更快）區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，都可以通過添加最少硬件來捕捉豐富的3D圖像。

改變機器的觀察方式

將3D成像添加到標準傳感器的一種方法是通過添加光源（很容易做到）和調制器（不太容易做到）來非常快速地打開和關閉燈，每秒數百萬次。在測量光線的變化時，工程師可以計算距離。現有調制器也可以做到這一點，但它們需要相對較大的功率，以至于完全不適合日常使用。

該斯坦福研究團隊由集成納米量子系統實驗室（LINQS）和ArbabianLab的成員組成，其發明的新解決方案基于聲共振現象創建。該團隊使用薄薄的鈮酸鋰晶片（一種電學、聲學和光學特性都非常理想的透明晶體）構建了一個簡單的聲調制器，并涂有兩個透明電極。

至關重要的是，鈮酸鋰是壓電的。也就是說，當通過電極引入電流時，位于其原子結構核心的晶格會改變形狀，會以非常高、可預測和可控的頻率振動。而且，當它振動時，鈮酸鋰會強烈調制光；通過添加幾個偏振器，這種新的調制器每秒可有效地打開和關閉數百萬次燈。

Atalar還表示：“更重要的是，晶片和電極的幾何形狀定義了光調制的頻率，因此我們可以微調頻率。改變幾何形狀，你就改變了調制頻率。”

用技術術語來說，壓電效應是通過晶體產生聲波，以理想、可調諧和可用的方式旋轉光的偏振。正是這種關鍵的技術偏離使團隊取得了成功。隨后，技術人員在調制器后面小心放置一個偏振濾光片，將這種旋轉轉換為強度調制（使光線更亮和更暗），因此每秒可以有效地打開和關閉燈數百萬次。

Atalar稱：“雖然還有其他方法可以打開和關閉燈，但這種聲學方法更可取，因為它非常節能。”

實際成果

最重要的是，調制器的設計很簡單，并且可以集成到使用現成攝像頭的提議系統中，就像日常手機和數碼單反相機中的攝像頭一樣。Atalar和電氣工程副教授、顧問以及該項目的資深作者Amin Arbabian認為該調制器可能成為一種新型緊湊、低成本、節能激光雷達的基礎，即“標準CMOS激光雷達”。未來，這些激光雷達將可用于無人機、地外漫游車和其他應用程序。

提議的調制器可能會帶來巨大影響，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，該團隊在實驗室工作臺上構建了一個原型激光雷達系統，并使用現有數碼相機作為接收器。實驗發現原型激光雷達系統捕獲了百萬像素分辨率的深度圖，同時僅需少量功率來操作光學調制器。

Atalar表示通過額外改進，該團隊已經將能耗降低了至少10倍，因此他們相信數百倍的能耗減少是可以實現的，那么未來帶有標準圖像傳感器小型激光雷達和3D智能手機攝像頭均有可能實現。

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