Съвременните системи за зрение за роботи и дронове разчитат на 3D сензори, които, макар и мощни, не винаги са в крак с бързото и непредсказуемо движение на реалния свят. Тези системи често се затрудняват да измерват скоростта мигновено или са твърде обемисти и скъпи за ежедневна употреба. Но една перспективна разработка може да реши проблемите.
В статия, публикувана в списание Nature, учени съобщават как са разработили 4D сензор за изображения върху чип, който създава 3D карти на средата, като едновременно с това проследява скоростта на движещите се обекти.
Изследователите са изградили фокална равнинна решетка (FPA), физическа мрежа от 61 952 неподвижни пиксела, гравирани върху един силициев чип. Всеки един е малък сензор, който излъчва лазерна светлина към сцената и открива отразения сигнал.
За да „види“ обкръжението си, лазерна светлина от външен източник се подава към чипа. Тази светлина се насочва през чипа чрез мрежа от оптични превключватели, които последователно я насочват към групи пиксели.
Всеки пиксел след това използва техника, наречена FMCW LiDAR, за да измери върнатия сигнал, който по-късно се обработва, за да се определи разстоянието и скоростта. В много LiDAR системи един набор от пиксели изпраща светлината, а друг я приема, но тук всички пиксели едновременно изпращат и приемат, което прави системата много по-компактна.
Освен това чипът използва непрекъснат лазерен лъч, а не кратки светлинни импулси, както работят традиционните сензори. Предимството на този подход е, че сензорът може да открива малки промени в честотата на светлинните вълни. Това позволява на чипа да изчислява разстоянието и скоростта на обекта едновременно.
Екипът е тествал своя сензор върху чип в няколко среди, за да види как може да се справи с различни разстояния и движение. Той е сканирал сцени и след това ги реконструирал в 3D цифрови карти, направени от хиляди точки от данни. Системата успешно е картографирала вътрешни помещения на разстояние от 6 до 11 метра.
За да тестват обхвата му, учените насочили чипа към сграда на 65 метра разстояние и той бил достатъчно мощен, за да заснеме детайли като прозорци и балкони. Те също така тествали иновацията си върху въртящ се диск и той измерил скоростта му мигновено.
„Това е първата демонстрация на мащабен кохерентен FPA с цялата свързана електроника, интегрирана в чипа, което води до структурата на разходите, необходима за широкото му приложение“, пише водещият автор Ремус Николаеску.
Екипът все още има работа по чипа, като например увеличаване на разделителната способност и разширяване на обхвата му.
След като излезе от лабораторията, чипът би могъл да направи повече от това просто да помага на роботи и дронове. Технологията има потенциал да подобри и цифровите фотоапарати, включително тези в нашите телефони.
