【微型固态激光雷达加入百万像素竞赛】激光雷达正越来越多地为自动驾驶汽车、无人机、机器人以及智能手机提供3D扫描功能，但其通常使用的移动部件限制了可以收缩的程度。一项新的研究发现，现在科学家已经开发出一种指尖大小的固态激光雷达芯片，有朝一日可能会产生无处不在的3D传感器。
激光雷达传感器使用光就像雷达使用无线电波一样——它将激光照射到一个位置，并分析反射脉冲返回所需的时间，以便计算距离并生成一个地方的三维地图。为了捕获飞行时间数据，激光雷达传感器必须引导激光束穿过扫描区域，通常使用机械部件，这会使设备速度慢、体积大、不稳定，且价格昂贵。
不过最近，科学家们已经开始探索固态激光雷达传感器。其策略涉及光学相控阵，它通过改变阵列中天线发射的光波的相位来控制光波，也就是说，光波之间的同步程度。然而，这些设备通常需要大型天线来实现高性能，它们的功耗可能会很高，并且当它们紧密封装在一起时，控制大量元件的相位可能会很有挑战性，这可能会限制这些设备的分辨率和视野。
固态激光雷达的另一种策略涉及所谓的焦平面开关阵列。这些涉及将芯片划分为像素，每个像素都有一个天线，专门用于传感器视野中的一块空间。芯片中的光开关将光沿着一系列通道传送到每个天线，这些天线发射和接收激光脉冲。该天线阵列放置在镜头后面，用于聚焦进出设备的光线。
“我们只是用光开关阵列取代CMOS图像传感器。我们的激光雷达的每个像素都可以发射激光并接收目标的反射光，而不是仅仅捕获进入相机的自然光。这使我们能够逐像素测量目标距离，将2D图像扩展到3D。相似性意味着我们有可能使激光雷达像今天的智能手机摄像头一样紧凑。”
然而，到目前为止，开关的尺寸和所需的高功率将此类激光雷达传感器限制在512像素或更小。现在，Wu和他的同事已经开发了一种16384像素的焦平面开关阵列激光雷达，这是迄今为止固态激光雷达的最高分辨率，它集成在一个110平方毫米的硅光子芯片上。
实现这种新设备的一个关键进步是基于微机电系统（MEMS）的开关的使用。这些产品占地面积小，功耗低，切换时间快。
128 x 128天线阵列可以将激光束瞄准16384个不同方向，覆盖70度的宽视场。相比之下，人类双眼视觉的水平视野范围约为120到140度。“七十度非常接近智能手机相机的视角，”Wu说。
在实验中，该设备在大约10米的范围内分辨率为1.7厘米。该设备可以在100千赫的速度下工作，研究人员说这适合激光雷达扫描仪。
清华大学的Hongyan Fu和北京大学的Qian Li在对这项新研究的评论中指出，新传感器的横向分辨率确实相对较低，只有0.13度。他们说，这将限制其在远距离探测中的适用性，这是许多焦平面开关阵列激光雷达系统的一个缺点。他们补充说，增加芯片尺寸或缩小每个像素的占地面积可以提高分辨率，可能是通过进一步优化MEMS开关。
科学家们设想将每个55×55微米像素的当前足迹缩小到10×10微米，并将百万像素固态激光雷达的芯片尺寸增加到1×1厘米。他们指出，鱼眼镜头可以提供180度或更大的视野。
“我们的激光雷达的像素大小为50微米，与30年前发明的第一个CMOS图像传感器差不多，”Wu说，“我们预计激光雷达的分辨率会随着技术的进步而提高，就像CMOS图像传感器一样。希望用不到30年的时间将其扩展到百万像素分辨率。”
研究人员指出，他们的设备可以在商业CMOS铸造厂使用标准半导体工艺大规模生产。“CMOS摄像头无处不在，因为它们体积小、价格便宜。智能手机摄像头大小的固态激光雷达将支持许多新的应用，”Wu说，“它们将使机器人能够更精确地与人类以及彼此进行互动。”
除了自动驾驶汽车和辅助驾驶，这些激光雷达传感器“可以用于自动导航无人机，家庭安全无人机将是一个有趣的应用，”Wu说，“一些扫地机器人已经有了一些基础的激光雷达；高分辨率激光雷达将以更高的精度提供家庭的三维地图。其他应用包括移动三维传感，以及增强现实等。”
科学家们在近日的《自然》杂志上详细介绍了他们的发现。
https://t.cn/A66ClFut
激光雷达传感器使用光就像雷达使用无线电波一样——它将激光照射到一个位置，并分析反射脉冲返回所需的时间，以便计算距离并生成一个地方的三维地图。为了捕获飞行时间数据，激光雷达传感器必须引导激光束穿过扫描区域，通常使用机械部件，这会使设备速度慢、体积大、不稳定，且价格昂贵。
不过最近，科学家们已经开始探索固态激光雷达传感器。其策略涉及光学相控阵，它通过改变阵列中天线发射的光波的相位来控制光波，也就是说，光波之间的同步程度。然而，这些设备通常需要大型天线来实现高性能，它们的功耗可能会很高，并且当它们紧密封装在一起时，控制大量元件的相位可能会很有挑战性，这可能会限制这些设备的分辨率和视野。
固态激光雷达的另一种策略涉及所谓的焦平面开关阵列。这些涉及将芯片划分为像素，每个像素都有一个天线，专门用于传感器视野中的一块空间。芯片中的光开关将光沿着一系列通道传送到每个天线，这些天线发射和接收激光脉冲。该天线阵列放置在镜头后面，用于聚焦进出设备的光线。
“我们只是用光开关阵列取代CMOS图像传感器。我们的激光雷达的每个像素都可以发射激光并接收目标的反射光，而不是仅仅捕获进入相机的自然光。这使我们能够逐像素测量目标距离，将2D图像扩展到3D。相似性意味着我们有可能使激光雷达像今天的智能手机摄像头一样紧凑。”
然而，到目前为止，开关的尺寸和所需的高功率将此类激光雷达传感器限制在512像素或更小。现在，Wu和他的同事已经开发了一种16384像素的焦平面开关阵列激光雷达，这是迄今为止固态激光雷达的最高分辨率，它集成在一个110平方毫米的硅光子芯片上。
实现这种新设备的一个关键进步是基于微机电系统（MEMS）的开关的使用。这些产品占地面积小，功耗低，切换时间快。
128 x 128天线阵列可以将激光束瞄准16384个不同方向，覆盖70度的宽视场。相比之下，人类双眼视觉的水平视野范围约为120到140度。“七十度非常接近智能手机相机的视角，”Wu说。
在实验中，该设备在大约10米的范围内分辨率为1.7厘米。该设备可以在100千赫的速度下工作，研究人员说这适合激光雷达扫描仪。
清华大学的Hongyan Fu和北京大学的Qian Li在对这项新研究的评论中指出，新传感器的横向分辨率确实相对较低，只有0.13度。他们说，这将限制其在远距离探测中的适用性，这是许多焦平面开关阵列激光雷达系统的一个缺点。他们补充说，增加芯片尺寸或缩小每个像素的占地面积可以提高分辨率，可能是通过进一步优化MEMS开关。
科学家们设想将每个55×55微米像素的当前足迹缩小到10×10微米，并将百万像素固态激光雷达的芯片尺寸增加到1×1厘米。他们指出，鱼眼镜头可以提供180度或更大的视野。
“我们的激光雷达的像素大小为50微米，与30年前发明的第一个CMOS图像传感器差不多，”Wu说，“我们预计激光雷达的分辨率会随着技术的进步而提高，就像CMOS图像传感器一样。希望用不到30年的时间将其扩展到百万像素分辨率。”
研究人员指出，他们的设备可以在商业CMOS铸造厂使用标准半导体工艺大规模生产。“CMOS摄像头无处不在，因为它们体积小、价格便宜。智能手机摄像头大小的固态激光雷达将支持许多新的应用，”Wu说，“它们将使机器人能够更精确地与人类以及彼此进行互动。”
除了自动驾驶汽车和辅助驾驶，这些激光雷达传感器“可以用于自动导航无人机，家庭安全无人机将是一个有趣的应用，”Wu说，“一些扫地机器人已经有了一些基础的激光雷达；高分辨率激光雷达将以更高的精度提供家庭的三维地图。其他应用包括移动三维传感，以及增强现实等。”
科学家们在近日的《自然》杂志上详细介绍了他们的发现。
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【进化的除雪工作 灵活高效使用IT技术】
这个冬天，北海道遭遇创纪录的大雪。交通网络陷入瘫痪，干线道路和生活道路上巨大的雪堆连成一片，给市民们的生活带来莫大的影响。为了解决这样的现状，灵活高效使用人工智能（AI）和高性能传感器等信息通信技术（ICT）的“智能除雪”备受瞩目。
一月下旬。夕张市实验项目用的验证型旋转除雪车行驶在试验线路上。司机没有触及方向盘和油门，除雪车却能一边打碎雪堆一边果断地前进。而且行驶时没有偏离作为基准的白线，成功完成“自动除雪”。
在进行高速公路除雪工作的东日本高速公路（NEXCO东日本）北海道分公司，为了实现作业人员省力化，正在积极推进自动除雪系统“ASNOS”的开发。通过灵活高效使用比卫星定位系统（GPS）误差还小的准天顶卫星“引导”，以及输入地形和护栏等信息的高精度三维地图信息，能够以误差仅数厘米单位的高精度进行自动除雪。
开发新技术的背后，是除雪人员的高龄化和人手不足等问题。据札幌市预测，到2037年为止，除雪操作人员将减少约4成。
小樽市的风投企业“BaySherwood”开发的除雪匹配应用程序“SnowBell（雪铃）”，是一种用智能手机将除雪的委托人和除雪操作者连接起来的服务。为了明年冬天能正式开始使用，正在持续进行验证应用。推出这款应用程序是为了让除雪困难的老年人和没有除雪时间的上班族，能够与没有收入的学生和年轻人连接起来。在验证应用中使用过程序的引地亲先生说：“老年人年龄大除不动雪，年轻人却能够轻松快速地完成。下大雪的日子里这是一项靠得住的便利服务啊。”
进行机器人工程学研究的北海道大学江丸贵纪准教授将自动驾驶技术应用于积雪环境，正在推进除雪的技术支持和自动化研究。在车辆上设置获得三维距离数据的传感器和感知热量的红外摄像机，持续进行着除雪处的判定、通过识别行人和障碍物来确保安全性及提高工作效率的验证实验。
江丸准教授说：“由于人口减少和老龄化等原因，预计以后除雪工作人员一定会出现不足。有必要将以往的除雪方法改革为有效利用ICT的除雪方法。虽然相关法规的整理等课题堆积如山，但是有必要加紧技术开发。”
#北海道新闻# #北海道# #大雪# #雪灾# #高科技除雪#
这个冬天，北海道遭遇创纪录的大雪。交通网络陷入瘫痪，干线道路和生活道路上巨大的雪堆连成一片，给市民们的生活带来莫大的影响。为了解决这样的现状，灵活高效使用人工智能（AI）和高性能传感器等信息通信技术（ICT）的“智能除雪”备受瞩目。
一月下旬。夕张市实验项目用的验证型旋转除雪车行驶在试验线路上。司机没有触及方向盘和油门，除雪车却能一边打碎雪堆一边果断地前进。而且行驶时没有偏离作为基准的白线，成功完成“自动除雪”。
在进行高速公路除雪工作的东日本高速公路（NEXCO东日本）北海道分公司，为了实现作业人员省力化，正在积极推进自动除雪系统“ASNOS”的开发。通过灵活高效使用比卫星定位系统（GPS）误差还小的准天顶卫星“引导”，以及输入地形和护栏等信息的高精度三维地图信息，能够以误差仅数厘米单位的高精度进行自动除雪。
开发新技术的背后，是除雪人员的高龄化和人手不足等问题。据札幌市预测，到2037年为止，除雪操作人员将减少约4成。
小樽市的风投企业“BaySherwood”开发的除雪匹配应用程序“SnowBell（雪铃）”，是一种用智能手机将除雪的委托人和除雪操作者连接起来的服务。为了明年冬天能正式开始使用，正在持续进行验证应用。推出这款应用程序是为了让除雪困难的老年人和没有除雪时间的上班族，能够与没有收入的学生和年轻人连接起来。在验证应用中使用过程序的引地亲先生说：“老年人年龄大除不动雪，年轻人却能够轻松快速地完成。下大雪的日子里这是一项靠得住的便利服务啊。”
进行机器人工程学研究的北海道大学江丸贵纪准教授将自动驾驶技术应用于积雪环境，正在推进除雪的技术支持和自动化研究。在车辆上设置获得三维距离数据的传感器和感知热量的红外摄像机，持续进行着除雪处的判定、通过识别行人和障碍物来确保安全性及提高工作效率的验证实验。
江丸准教授说：“由于人口减少和老龄化等原因，预计以后除雪工作人员一定会出现不足。有必要将以往的除雪方法改革为有效利用ICT的除雪方法。虽然相关法规的整理等课题堆积如山，但是有必要加紧技术开发。”
#北海道新闻# #北海道# #大雪# #雪灾# #高科技除雪#
#香港身边事##香港新闻#【地政署研發三維地圖 助睇新盤景觀】
三維數碼是未來的趨勢，地政總署署長黎志華表示，署方近年積極研發全港三維數碼地圖，當中九龍東的版本可望於今年下半年推出，並料於未來兩至三年完成全港的地圖，讓公眾於地政總署網頁內瀏覽。有關工具用途多元化，有助了解區內建築物的高度，尤以對於購入新盤的市民，幫助最大。地政總署總土地測量師（技術）易偉峰表示，現時市民若希望看到建築物的景觀，若項目未落成則難以了解，惟通過這技術，讀者則可知道不同的高度樓層，可看到甚麼景觀。
九龍東版本 下半年先推
地政總署致力發展三維數碼地圖，黎志華表示，數據採集採用了直升機傾斜攝影、車載移動測量系統、背包移動測量系統等多種先進技術，確保數據精準可靠。他稱，署方目標用三年時間，先製作九龍東的版本，再到九龍中，之後進行九龍西及港島，最後完成新界區，希望循序漸進將香港立體版三維地圖做出來。他稱，傳統平面地圖，市民僅可看到地區內的馬路及大廈等平面影響，日後推出的三維地圖，市民可在地圖內看到實物，可量度建築物高度，了解其外型、顏色、外牆設計等，連附近一帶環境亦一目了然。
有了三維碼地圖，市民工作更方便，黎志華以土地發展工作為例稱：「發展商有個地方，想建一個三十層高的樓，究竟建成之後，每層望出是甚麼環境？哪層可以望穿前面的樓，可見到海景？以前靠估，了解附近地方。現在（透過三維地圖）點擊自己大廈用地，則可看到結果。有了立體版本，環評專家可看到新發展項目，會否阻擋海風，以往靠自己做模型，現在（透過三維地圖）甚麼都看到。」
相關部門資料一覽無遺
現時有個別項目採用預製組件建築，相關組件需要經由陸路由工場送往地盤，黎志華指負責人亦可透過三維地圖以決定行程，以了解經由馬路是否適合運送預製組件。易偉峰稱：「除了建築模型，三維地圖內每點都有座標，除可量度長闊高，亦可量度面積及體積。」市民亦可透過地圖了解全區發展，他解釋：「要看看商用樓宇數量，按一個制，便可將寫字樓顯示出來，不是寫字樓的建築，就可隱藏，一看就知這里有多少幢、在哪里、密度等資料，馬上看到。」
此外，新版《香港街2022》將於下周二公開發售，市民亦可於地政總署網頁內看到，載有詳盡的香港地圖，以及街道及地方等資料。黎志華稱，今年除了刊登地圖外，同時亦會就地圖加插鳥瞰圖，讓讀者了解區內實景。#香港新聞#
三維數碼是未來的趨勢，地政總署署長黎志華表示，署方近年積極研發全港三維數碼地圖，當中九龍東的版本可望於今年下半年推出，並料於未來兩至三年完成全港的地圖，讓公眾於地政總署網頁內瀏覽。有關工具用途多元化，有助了解區內建築物的高度，尤以對於購入新盤的市民，幫助最大。地政總署總土地測量師（技術）易偉峰表示，現時市民若希望看到建築物的景觀，若項目未落成則難以了解，惟通過這技術，讀者則可知道不同的高度樓層，可看到甚麼景觀。
九龍東版本 下半年先推
地政總署致力發展三維數碼地圖，黎志華表示，數據採集採用了直升機傾斜攝影、車載移動測量系統、背包移動測量系統等多種先進技術，確保數據精準可靠。他稱，署方目標用三年時間，先製作九龍東的版本，再到九龍中，之後進行九龍西及港島，最後完成新界區，希望循序漸進將香港立體版三維地圖做出來。他稱，傳統平面地圖，市民僅可看到地區內的馬路及大廈等平面影響，日後推出的三維地圖，市民可在地圖內看到實物，可量度建築物高度，了解其外型、顏色、外牆設計等，連附近一帶環境亦一目了然。
有了三維碼地圖，市民工作更方便，黎志華以土地發展工作為例稱：「發展商有個地方，想建一個三十層高的樓，究竟建成之後，每層望出是甚麼環境？哪層可以望穿前面的樓，可見到海景？以前靠估，了解附近地方。現在（透過三維地圖）點擊自己大廈用地，則可看到結果。有了立體版本，環評專家可看到新發展項目，會否阻擋海風，以往靠自己做模型，現在（透過三維地圖）甚麼都看到。」
相關部門資料一覽無遺
現時有個別項目採用預製組件建築，相關組件需要經由陸路由工場送往地盤，黎志華指負責人亦可透過三維地圖以決定行程，以了解經由馬路是否適合運送預製組件。易偉峰稱：「除了建築模型，三維地圖內每點都有座標，除可量度長闊高，亦可量度面積及體積。」市民亦可透過地圖了解全區發展，他解釋：「要看看商用樓宇數量，按一個制，便可將寫字樓顯示出來，不是寫字樓的建築，就可隱藏，一看就知這里有多少幢、在哪里、密度等資料，馬上看到。」
此外，新版《香港街2022》將於下周二公開發售，市民亦可於地政總署網頁內看到，載有詳盡的香港地圖，以及街道及地方等資料。黎志華稱，今年除了刊登地圖外，同時亦會就地圖加插鳥瞰圖，讓讀者了解區內實景。#香港新聞#
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