激光雷達(dá)（LiDAR）精確的3D成像對于機(jī)械設(shè)備的環(huán)境感知以及與物理世界的交互至關(guān)重要，但是，目前該技術(shù)的尺寸和成本等問題限制了其商業(yè)應(yīng)用。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，美國加州舊金山Pointcloud公司和英國南安普頓大學(xué)光電研究中心（ORC）的聯(lián)合研究團(tuán)隊在一顆微芯片中集成了硅光子元器件和CMOS電子電路，從而開發(fā)了一種新型集成激光雷達(dá)系統(tǒng)。

17米處的籃球（左圖）和40米處的轉(zhuǎn)椅（右圖），均采用32像素 x 16像素的激光雷達(dá)傳感器獲取點云

他們開發(fā)了一款低成本的激光雷達(dá)原型，為大規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)、緊湊且高性能的3D成像設(shè)備鋪平了道路，可以應(yīng)用于機(jī)器人、自主導(dǎo)航、建筑測繪以及醫(yī)療保健等領(lǐng)域。

遠(yuǎn)距離測量精度高于其它芯片級激光雷達(dá)一個數(shù)量級

ORC硅光子學(xué)教授Graham Reed說：“激光雷達(dá)一直備受關(guān)注，但一直到現(xiàn)在還沒有發(fā)揮出應(yīng)有的潛力。因為，盡管專家們已經(jīng)認(rèn)識到更高的集成度可以降低成本，但同時卻無法達(dá)到所需要的性能。我們的研究改變了這一現(xiàn)狀。與迄今為止其它基于芯片的激光雷達(dá)系統(tǒng)以及大部分機(jī)械式激光雷達(dá)相比，我們開發(fā)的硅光激光雷達(dá)系統(tǒng)提供了更高的距離精度，證明了備受追捧的芯片級激光雷達(dá)集成系統(tǒng)是可行的。”

Pointcloud首席執(zhí)行官Remus Nicolaescu補(bǔ)充道：“高性能和低成本制造的結(jié)合，將加速自動駕駛和增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）領(lǐng)域的現(xiàn)有應(yīng)用，并開辟新的應(yīng)用方向，例如，需要高深度精度的工業(yè)和消費(fèi)數(shù)字映射應(yīng)用，以及需要高速度精度的行為和生命體征監(jiān)測，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療。”

接收器FPA設(shè)計

發(fā)表在Nature上的原型測試表明，它在距離75米處，具有3.1毫米的測量精度。相比現(xiàn)有的固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)，在這種距離的測量精度提高了一個數(shù)量級。

以前的集成系統(tǒng)所面臨的問題之一，是難以提供密集像素陣列，這將它們限制在了不到20像素。而ORC和Pointcloud合作開發(fā)的這個新系統(tǒng)，首次實現(xiàn)了包含512像素的大規(guī)模2D相干探測器陣列。

發(fā)射器（TX）和接收器（RX）同步和讀出架構(gòu)

未來，通過利用最先進(jìn)的工藝和元件縮小像素尺寸，可以為消費(fèi)類攝像頭傳感器尺寸的探測器陣列提供超過2000萬像素的分辨率。這一研究成果為低成本、緊湊且高性能的3D成像攝像頭的開發(fā)和普及鋪平了道路，可應(yīng)用于機(jī)器人、自主導(dǎo)航、增強(qiáng)現(xiàn)實以及醫(yī)療保健等領(lǐng)域。

目前，該研究小組正致力于進(jìn)一步研究擴(kuò)展像素陣列和波束控制技術(shù)，使系統(tǒng)更貼近實際應(yīng)用，并進(jìn)一步提高性能。

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