调制器使简单的相机能够以3D形式捕获图像

2022-4-3 21:36| 发布者: everydayness| 查看: 1595| 评论: 0

摘要: 加利福尼亚州斯坦福，2022年3月30日 —— 斯坦福大学的一个团队开发了一种设备，该设备可以通过普通的CMOS图像传感器实现激光雷达功能。该设备可以从本身只能在二维空间中看到的技术中获取3D数据。该团队设想该技术 ...

加利福尼亚州斯坦福，2022年3月30日 —— 斯坦福大学的一个团队开发了一种设备，该设备可以通过普通的CMOS图像传感器实现激光雷达功能。该设备可以从本身只能在二维空间中看到的技术中获取3D数据。该团队设想该技术将在自动驾驶汽车，无人机和外星漫游车等应用中得到应用。

目前，激光雷达系统可以测量物体与光之间的距离，激光雷达系统发出激光束并测量返回光以计算距离，速度和轨迹。"现有的激光雷达系统庞大而笨重，但有一天，如果你想要在数百万架自主无人机或轻型机器人车辆中实现激光雷达功能，你会希望它们非常小，非常节能，并提供高性能，"斯坦福大学电气工程博士生，相应论文的第一作者Okan Atalar说。

斯坦福大学研究小组引入的基于实验室的原型激光雷达系统，这个系统用于使用商用数码相机捕获百万像素分辨率的深度图。图由Andrew Brodhead提供。

实现3D成像添加到标准传感器的方法是通过添加光源和调制器来实现的，该调制器每秒开关灯数百万次。通过测量光线的变化，工程师可以计算距离。然而，现有的调制器需要如此大的功率，以至于它们在日常使用中变得不切实际。

斯坦福大学团队提出的解决方案是使用一种简单的声学调制器，该调制器由涂有透明电极的铌酸锂薄晶片组成。铌酸锂是压电的，这意味着当电流通过电极引入时，其原子结构核心的晶体点阵会改变形状。它以高速，可预测和可控的频率振动，并且在振动时，它会强烈地调制光。通过添加偏振片，新的调制器每秒有效地开关灯数百万次。

"更重要的是，晶圆和电极的几何形状定义了光调制的频率，因此我们可以微调频率，"Atalar说。"改变几何形状，你就改变了调制的频率。

压电效应通过地壳产生声波，以理想的可调和可用方式旋转光的偏振。然后，在调制器之后小心地放置一个偏振滤光片，将这种旋转转换为强度调制 — 使光更亮更暗 — 有效地每秒开关灯数百万次。

"Atalar说，"虽然还有其他方法可以开关灯，但这种声学方法更可取，因为它非常节能。

该技术可以集成到一个使用现成摄像头的拟设系统中，例如用于手机和数码单反相机的摄像头。

Atalar和顾问Amin Arbabian，电气工程副教授和该项目的第一作者，认为它可以成为一种新型紧凑，低成本，节能的激光雷达的基础 - "标准CMOS激光雷达"，正如他们所说的那样 - 可以应用到大量应用中。为了证明其广泛的兼容性，该团队在实验室工作台上构建了一个原型激光雷达系统，该系统使用商用的数码相机作为接收器。

该团队报告说，其原型捕获了百万像素分辨率的深度图，同时需要少量的功率来操作光调制器。Atalar表示，通过进一步的改进，该团队将能耗降低了至少10倍，这已经是它在论文中报道的很低的阈值。研究人员认为，将能量降低数百倍是可以实现的。

该研究发表在Nature Communications上。