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机器视觉面临挑战,仿生相干激光雷达芯片助力精准感知

来源:网络整理 时间:2026-02-17 作者:佚名 浏览量:

对于生物来讲,“看”属于本能,然而“凝视”却是智慧,鹰隼于高空精准地锁定地面之上的猎物,人眼在车水马龙当中识别信号灯的闪烁,均是历经漫长进化而产生的高效视觉智慧。

并非生物视觉将对那个整个有着均一完整性的世界进行扫描。人类的、作为视网膜里最为有敏锐特征的那个组成部分的区域,也就是中央凹,能够使得人眼在有着广阔视觉范围的环境之下,把本身有着数量限制的注意力,在短时间之内集中于处于重要地位被视为关键的目标之上,达成视觉这一资源在分配上的高效水准。

被命名为科学家的群体历经钻研,把那种名为视觉智慧之物,通过一系列复杂操作,浓缩进一枚尺寸微小的硅基芯片之中。北京大学存在一位名为王兴军的教授,还有一位叫做舒浩文的研究员,以他们二人所在团队为一方的主体,联合了来自香港城市大学的以王骋教授为团队核心的团队,以及上海交通大学具备一位周林杰教授的团队,共同进行努力。在此过程里,研制出了一种拥有名为“凝视”成像能力的仿生相干激光雷达芯片,随后又完成了一套被称作四维成像演示系统的事物。这一系统能够起到辅助作用,助力机器视觉达成从原本的“粗放扫描”状态,朝着“精准感知”方向的转变。此研究最终所收获的成果,已经以在线的形式发表于名为《自然·通讯》的刊物之上。

就随着自动驾驶行业、具身智能行业以及低空无人机行业等飞速发展而言,机器视觉正面对挑战,那就是怎样才可令智能体“看得清”而且“看得全”同时“看得快”呢?传统的具体做法是通过“堆料”方式,也就是提高激光雷达的通道数目,并且提升采样率。可是,一些问题跟随这一做法便产生了。

一方面,激光雷达分辨率越高,所需光电器件数量就越是增加,后端电子处理的带宽需求量也跟着剧增,很快便会碰到成本与功耗的“天花板”;另一方面讲,相对常见的脉冲式激光雷达而言,调频连续波激光雷达虽可在测速之际抗干扰,但是其对于光源稳定性跟扫频线性度等指标有着逼近苛刻程度的要求,性能只要有稍微偏差,探测精度马上就会大幅降低。

因受到生物视觉机制的启发 ,研究团队提出了 “微并行 ”架构 ,借助按需去调度激光雷达的谱与通道资源 ,使 “全局覆盖 ”以及 “局部高分辨 ”得以分开去实现。在这一进程当中 ,可调谐外腔激光器跟薄膜铌酸锂电光频梳协同进行工作:前者负责调制信号的生成以及大范围视野扫描覆盖 ,后者在需要重点作观察的时候并行生成多载波信号 ,为局部区域临时进行 “加密采样 ”。

显示出实验结果,在视野范围以内,该系统能够在预先选定好的重点区域达成约0.012度的角分辨率,以距离100米作为例子,能够分辨出硬币大小的物理间隔,使得机器具备了“火眼金睛”。另外,借助波长以及频域资源调度达成的分辨率扩展方式,也摆脱了一直通过增加硬件去提升性能的传统路径。

不仅使得机器具备清晰的视觉,研究成果还促使机器视觉能够洞悉丰富全面的信息。研究团队进行介绍,系统在捕获三维几何信息之际,能够同时解析目标的运动速度信息,还能解析目标的多普勒特征信息,以及目标的反射率信息。

该系统仍能够经由跟可见光相机的协同感知,将激光雷达所提供的三维几何结构与相机所供给的纹理颜色信息,叠加至同一个坐标系之中。如此这般,机器不但能够瞧见形状,而且还能够看见外观,得以更为出色地于复杂动态环境里面识别目标、理解场景。这种具备“可按需增强局部细节”特性的能力,在未来能够被封装成传感器模块,于尽量不增添体积以及功耗的情况之下,提高关键区域的探测精度。

王兴军表示,有一作为集成光子学领域重要突破的方案,它为下一代自动驾驶、具身智能提供了具备高分辨率、低功耗以及高灵活性特点的“眼睛”。他还称,未来,随着这类芯片化感知模块与相机、毫米波雷达等多模态传感器不断进一步融合,在某些情况下我们会有可能或者没准看到拥有像昆虫复眼视场以及如同鹰眼一般精度的全能感官的情况发生,进而催生出更多呈现多种新形态的仿生机器人的最终成果。

《 人民日报 》( 2026年02月14日 06 版)

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