上海理工大學研發基于激光雷達的攝像機

來源:蓋世汽車網    關鍵詞:激光雷達, 自動駕駛,    發布時間:2019-05-28

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據外媒報道,在地球上進行遠距離拍攝是一項棘手的挑戰,而且遠距離從一個物體捕獲足夠的光線并非易事。此外,大氣層還會造成扭曲,讓圖像失真,而且嚴重的空氣污染也會造成同樣的結果。因而,獲得幾公里以外物體的圖像是很難做到的。但近年來,研究人員開始利用敏感光電檢測器實現更好地結果。此類檢測器非常敏感,能夠捕捉到單個光子,并利用光子拼接成10公里(6英里)以外物體的圖像。

但是,物理學家們還是希望能夠進一步提升性能。因此,中國上海理工大學(University of Science and Technology in Shanghai)研究人員Zheng-Ping Li及其同事研發出一種基于激光雷達的系統,能夠在煙霧彌漫的城市環境中拍攝45公里(28英里)以外的物體。該技術使用單光子偵測器,結合獨特算法,將最稀疏的數據點“編織”在一起,生成超高分辨率的圖像。

該新技術原則上相對簡單,基于激光測距和探測(激光雷達),使用激光照射物體,然后利用反射光生成圖像。此類主動成像技術的一大優點是,在特定時間內(取決于距離),物體反射回來的光子會回到偵測器,因此,在特定時間以外反射回來的光子就可以忽略。“限定時間”可大大降低環境中其他地方反射回來的無用光子產生的噪音,從而使雷達激光系統具有高度靈敏度和距離探測精度。

為了讓新系統在城市環境中表現得更好,Zheng-Ping和他的同事采用了一種波長為1550納米、重復頻率為1萬赫茲、功率為120毫瓦的紅外激光。該系統的波長對人眼很安全,因而可以讓研究團隊過濾掉會破壞偵測器的太陽光子。

研究人員使用同樣的光學設備(一個孔徑為280厘米的普通天文學望遠鏡)來發送和接收此類光子,反射回來的光子使用商用單光子偵測器進行偵測。為了生成圖像,研究人員使用能夠左右上下傾斜的壓電控制反射鏡(a piezo-controlled mirror)掃描視野區域。通過此種方式,研究人員創建了二維圖像。但通過改變“限定時間”,研究人員可以從不同距離接收到反射回來的光子,從而構建三維圖像。此外,該團隊還研發了一種利用單光子數據編織圖像的算法。

研究小組在上海崇明島一幢建筑的第20層安裝了該臺新型攝像機,并將其對準了河對岸約40公里以外的浦東民航大廈。使用普通望遠鏡拍攝的圖像顯示的只有噪音,但是該新技術生成的圖像空間分辨率約為60厘米,可以解決建筑物窗戶的限制問題。研究小組表示:“此次結果證明,近紅外單光子激光雷達系統在煙霧中分辨目標物體的能力非常卓越。”

傳統上而言,45公里的衍射(電磁波遇到障礙物時偏離原來直線傳播)極限為1米,新技術明顯比這要好,而且比最新研發的算法也要好。此次研究還表明了該技術能夠在日光下拍攝21公里外的物體圖像。Zheng-Ping及其同事表示:“我們的研究結果為超遠距離內的高分辨率、快速、低功耗的3D光學成像開辟了新領域。”

此外,該技術將有著廣泛的應用,例如遙感、空中監視以及自動駕駛汽車的目標識別和認證。而且,整個設備的尺寸只有鞋盒大小,非常便攜。
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