Yaqinda oʻtkazilgan tadqiqotda xitoylik tadqiqotchilar koʻrish sohasi boʻylab keng xabardorlikni taʼminlagan holda yuqori aniqlikdagi sezgirlikni (ROI) dinamik ravishda jamlash orqali inson koʻzining chayqalishini taqlid qiluvchi chip-miqyosdagi LiDAR tizimini ishlab chiqdilar.
Tadqiqot jurnalda chop etilganTabiat bilan aloqa.
LiDAR tizimlari oʻz-oʻzidan boshqariladigan{0}}avtomobillar, dronlar va robotlarda 3D-sahnalarni millimetr aniqligi bilan xaritalash uchun lazer nurlarini yoqish orqali mashina koʻrish qobiliyatini quvvatlaydi. Ko'z o'zining eng zich datchiklarini foveada (o'tkir markaziy ko'rish joyi) to'playdi va nigohni muhim narsaga qaratadi. Aksincha, LiDARlarning ko'pchiligi hamma joyda bir xil (ko'pincha qo'pol) ruxsatni tarqatadigan qattiq parallel nurlar yoki skanerlardan foydalanadi. Tafsilotlarni kuchaytirish ko'proq kanallarni bir xilda qo'shishni anglatadi, bu esa xarajatlarni, quvvatni va murakkablikni oshiradi.
Jamoa dizayni koʻzning taxminiy 0.017 daraja chegarasidan ikki baravar aniqroq -toʻr pardasidagi” ROI-da 0,012 daraja burchak aniqligiga erishadi. Bu shuni anglatadiki, tizim eng kichik burchaklar bilan ajratilgan nuqtalarni ajrata oladi, masalan, uzoqdagi yo'l belgisida nozik tafsilotlarni tanlash. U talab boʻyicha parallel zondlash kanallarini qayta taqsimlaydi, bu esa qimmatga tushadigan qoʻpol kuchdan{6}}qolay oladi.
Phys.org tadqiqotning hammualliflari, Pekin universiteti elektronika fakultetidan Ruixuan Chen va Xingjun Vang bilan suhbatlashdi.
"Motivatsiya biologik va mashina idroki o'rtasidagi amaliy nomuvofiqlikdan kelib chiqadi", deb tushuntirdi tadqiqotchilar. "Inson koʻzi diqqatni qayta taqsimlash orqali yuqori oʻtkirlik va energiya samaradorligiga erishadi-va resurslarni muhim narsalarga jamlagan holda keng xabardorlikni saqlaydi. Aksincha, LiDAR ruxsati koʻpincha "hamma joyda koʻproq kanallar" tomonidan ta'qib qilinadi, bu esa tezda qimmatga tushadi va quvvat-och boʻladi."
Masshtablash muammosi
Mashinani ko'rish tizimlari an'anaviy kameralardan tashqari kengayib, LiDAR sensorlarini o'z ichiga oladi, ular masofani aniq o'lchash va 3D atrof-muhitni idrok etish imkonini beradi. Passiv kameralardan farqli o'laroq, LiDAR har bir piksel uchun emissiya va qabul qilish uskunasini talab qiladi va erishish mumkin bo'lgan piksellar sonini cheklaydi.
LiDAR rezolyutsiyasini yaxshilash bo'yicha joriy yondashuvlar jiddiy muammoga duch kelmoqda. Kanallarni takrorlash chiziqli aniqlikni oshiradi, lekin murakkablik, quvvat va narx bo'yicha o'ta chiziqli portlashlarni keltirib chiqaradi.
"Birinchidan, rezolyutsiya apparat kanallari soni va skanerlash mexanikasi bilan chambarchas bog'langan. Ikkinchidan, LiDAR faol sensordir: har bir piksel resurslarni uzatish va qabul qilish uchun samarali sarflanadi", deb tushuntirdi tadqiqotchilar. "Bu adaptiv fokuslashni passiv tasvirga qaraganda tubdan qiyinlashtiradi, chunki siz xavfsizlik cheklovlariga rioya qilgan holda optik quvvat, qabul qiluvchining sezgirligi va raqamlashtirish o'tkazish qobiliyatini boshqarishingiz kerak."
Kogerent chastota-modullangan uzluksiz to'lqin LiDAR uchun bu muammo ayniqsa keskin. Har bir izchil kanal barqaror chastota nazoratini, murakkab qabul qilish uskunasini va qattiq kalibrlashni talab qiladi. Bu kanallarni ko'paytirishni iqtisodiy jihatdan oqlashni ancha qiyinlashtiradi.
Biomimetik yechim
Tadqiqotchilarning yechimi ikkita asosiy texnologiyani birlashtiradi. Bularga 100 nm dan ortiq sozlash diapazoni bilan chaqqon tashqi-boʻshliq lazeri (ECL) va yupqa plyonkali litiy niobat (TFLN) platformalarida qurilgan qayta sozlanishi elektro-optik chastotali taroqlar kiradi.
ECL kogerent diapazon uchun yuqori-sifatli FMCW jiringlash signallarini taqdim etadi va to'lqin uzunligi-boshqariladigan nur-boshqaruv mexanizmi sifatida ishlaydi. Markaziy to'lqin uzunligini sozlash orqali tizim ko'rish yo'nalishini keng ko'rish maydonida tezda yo'naltirishi mumkin.
Elektro{0}}optik taroq bir xil jiringlagan lazer manbasidan bir nechta parallel FMCW tashuvchilarni hosil qiladi. Eng muhimi, radiochastotani uzatish sharoitlarini sozlash taroq oralig'ini o'zgartiradi.
“Mana shu “kattalashtirish” -biz optikani o‘zgartirmasdan yoki kanal qo‘shmasdan tanlangan hududdagi nuqta zichligini oshirishimiz (yaxshiroq namuna olish) yoki yumshatishimiz (qo‘polroq namuna olish) imkonini beradi”, deb qo‘shimcha qildi tadqiqotchilar.
Tizim tadqiqotchilar "mikro-parallelizm" deb ataydigan narsadan foydalanadi. Bu dinamik joylashuvni o'zgartirish orqali ko'proq skanerlash chiziqlari ekvivalentiga erishish uchun o'rtacha miqdordagi jismoniy kanallardan foydalanishni anglatadi.
Eksperimental tasdiqlash
Jamoa uchta eksperimental stsenariy bo‘yicha tizim imkoniyatlarini namoyish qilib, fokuslangan hududlarda 0,012 daraja burchak o‘lchamlariga- erishib, insonning ko‘r pardasining nominal chegarasidan oshib ketdi.
Statik sahna ko‘rishda tizim ko‘rishning to‘liq maydoni-- uchun 54 ga 71 pikselli va mahalliy fokuslangan skanerlar uchun 17 ga 71 pikselli ruxsatlarda simulyatsiya qilingan yo‘l muhitini suratga oldi. Ushbu yo'naltirilgan skanerlar vertikal detallar zichligini to'rt baravar oshirib, ilgari ko'rinmas to'siqlarni ochib berdi, 90% nuqta aniqligi 1,3 sm gacha.
Tadqiqotchilar, shuningdek, aniq 3D geometriyani RGB koʻrinish maʼlumotlari bilan birlashtirgan rangli nuqta bulutlarini yaratib, LiDAR{0}}kamera sintezini namoyish qildilar. Standart va fokuslangan skanerlarni solishtirganda, rang gistogrammasining moslashuvi taxminan 10% ga yaxshilandi, bu 3D nuqtalari va tasvir piksellari o'rtasidagi mos kelishini ko'rsatadi.
"LiDAR-ni kamera bilan birlashtirib, biz rangli nuqta bulutlarini yaratamiz va sahna tasvirini boyitamiz, bu izohlashni yaxshilaydi va tekstura va semantik belgilarga bog'liq bo'lgan quyi oqim idrok etish vazifalarini qo'llab-quvvatlaydi", deb tushuntirdi tadqiqotchilar.
Ehtimol, eng hayratlanarlisi, jamoa haqiqiy{0}}vaqt 4D-plyus{3}}basketbol zarbasini suratga oldi, bunda har bir nuqta bir vaqtning o‘zida joylashuv, aylanish tezligi, sirtni aks ettirish va rangni ko‘rsatdi. Keng ko'rish maydoni bo'ylab 8 Gts chastotada bu standart 3D LiDAR uchun ko'rinmaydigan harakat namunalarini ko'rsatdi.
Eksperimental ish kelajakdagi rivojlanish yo‘llarini bildiruvchi muhim tizim{0}}darajasini ochib berdi.
"Eng aniq bu burchak o'lchamlari va har bir kanal uchun{0}}o'lchov balandligi o'rtasidagi keskinlik", deb ta'kidladi tadqiqotchilar. "Bizning parallel kogerent oʻqishimizda har bir kanal oʻzining -bir-biriga mos kelmaydigan elektr diapazonini egallashi kerak. Takrorlash tezligini kamaytirsak, biz burchakli namuna olishni chindan ham nozikroq surishimiz mumkin, ammo tajriba shuni koʻrsatadiki, bu har bir kanalning oʻqish oʻtkazuvchanlik kengligini ham siqadi."
Guruh texnologiyani amalda qo'llashga qaratilgan bir qancha ustuvor yo'nalishlarni aniqladi. Bularga TFLN platformalarida chuqurroq monolitik integratsiya, diapazonni yaxshilash uchun ultra{1}}keng polosali manbalarni ishlab chiqish va hodisalarga asoslangan-idrok qilish uchun yopiq{2}}yo‘nalish diqqat siyosatini joriy etish kiradi.
Tolali havolalardan foydalangan holda joriy tajribalar materiallarni tasniflash imkoniyatlarini cheklaydigan polarizatsiya beqarorligini keltirib chiqaradi.
“Biroq, biz monolit integratsiya bu darboğazni tubdan hal qilishini taxmin qilamiz”, dedi tadqiqotchilar. "Beqaror tolali yoʻllardan cheklangan{1}}chipli toʻlqin uzatgichlarga oʻtish orqali biz barqaror polarizatsiya tiklanishiga erisha olamiz."
Bionik LiDAR tizimi avtonom transport vositalari, havo va dengiz dronlari, robototexnika va neyromorfik ko'rish tizimlarini qamrab oladigan potentsial ilovalarni taklif etadi. Tadqiqotchilarning fikriga ko'ra, LiDAR-dan tashqari, qayta sozlanishi mumkin bo'lgan taroqlar optik aloqa, kogerent tomografiya, bosimni sezish va aniq metrologiya uchun tezkor spektral tahlil qilish imkonini beradi.
