盡管機(jī)器人沒有視網(wǎng)膜，但光學(xué)相干斷層掃描（OCT）機(jī)器可以幫助它們更自然、更安全地觀察世界，并與世界互動(dòng)。目前，許多機(jī)器人公司正將激光雷達(dá)集成到傳感器中。激光雷達(dá)的工作原理與雷達(dá)類似，但其使用的是激光產(chǎn)生的短脈沖光，而非發(fā)射寬帶無線電波并尋找反射信號(hào)。
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然而，傳統(tǒng)的飛行時(shí)間激光雷達(dá)存在許多缺點(diǎn)，難以用于許多3D視覺應(yīng)用。由于其需要探測(cè)非常微弱的反射光信號(hào)，很容易受到其他激光雷達(dá)系統(tǒng)或環(huán)境中陽光的干擾。此外，其深度分辨率也有限，如密集掃描高速公路或工廠車間等大片區(qū)域時(shí)，可能需要很長(zhǎng)時(shí)間。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，研究人員正轉(zhuǎn)向研究調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）激光雷達(dá)。
據(jù)外媒報(bào)道，杜克大學(xué)（Duke）研究團(tuán)隊(duì)展示了從OCT研究中學(xué)習(xí)到的技巧，可將以往的FMCW激光雷達(dá)數(shù)據(jù)吞吐量提高25倍，同時(shí)仍能實(shí)現(xiàn)亞毫米深度精度。該校研究人員展示了新的激光雷達(dá)方法，可以快速處理數(shù)據(jù)，從而捕捉對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車和制造系統(tǒng)而言至關(guān)重要的特征。
杜克大學(xué)博士生Qian Ruobing表示，“FMCW激光雷達(dá)與OCT具有相同的工作原理，生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域自20世紀(jì)90年代初以來一直在發(fā)展。但30年前，沒有人知道自動(dòng)駕駛汽車或機(jī)器人會(huì)成為現(xiàn)實(shí)，所以O(shè)CT技術(shù)專注于組織成像?，F(xiàn)在，為了讓其在其他新興領(lǐng)域發(fā)揮作用，我們需要利用其超高分辨率來獲得更遠(yuǎn)的距離和更快的速度?！?/p>
OCT是一種光學(xué)模擬超聲波，其工作原理是將聲波發(fā)送到物體上，然后測(cè)量它們返回的時(shí)間。為了計(jì)算光波的返回時(shí)間，OCT設(shè)備測(cè)量它們的相位與經(jīng)過相同距離但沒有與另一物體相互作用的相同光波相比，發(fā)生了多少位移。
FMCW激光雷達(dá)采用類似的方法，并進(jìn)行調(diào)整。該技術(shù)發(fā)出的激光束在不同頻率之間不斷變換。當(dāng)收集光來測(cè)量其反射時(shí)間時(shí)，探測(cè)器可以區(qū)分特定的頻率模式和其他光源，這使得其可以在各種照明條件下高速工作。FMCW激光雷達(dá)測(cè)量不受阻礙的光束的任何相移，是一種比目前的激光雷達(dá)系統(tǒng)更精確的確定距離的方法。杜克大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授Joseph Izatt表示，“看到我們幾十年來研究的生物細(xì)胞成像技術(shù)可以直接轉(zhuǎn)化為大規(guī)模、實(shí)時(shí)的3D視覺，非常令人興奮。這正是機(jī)器人安全觀察人類，并與人類互動(dòng)所需的能力，甚至在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中，可使用實(shí)時(shí)3D視頻取代虛擬化身?！?/p>
之前采用激光雷達(dá)的大部分設(shè)備都依賴旋轉(zhuǎn)鏡掃描環(huán)境中的激光。雖然此種方法很有效，但從根本上受到機(jī)械反射鏡速度的限制，無論其使用的激光有多強(qiáng)。杜克大學(xué)研究人員使用一種衍射光柵，其工作原理類似于棱鏡，可將激光分解成彩虹般的頻率，離開光源時(shí)就會(huì)散開。由于原始的激光仍在快速地掃某一頻率范圍，這意味著掃激光雷達(dá)光束的速度要比機(jī)械反射鏡的旋轉(zhuǎn)速度快得多。這使得系統(tǒng)可在不損失深度和定位精度的情況下，快速覆蓋廣泛的區(qū)域。
雖然OCT設(shè)備用于描繪物體內(nèi)部幾毫米深處的微觀結(jié)構(gòu)，但機(jī)器人3D視覺系統(tǒng)只需要定位人體大小物體的表面。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員縮小了OCT使用的頻率范圍，只尋找從物體表面產(chǎn)生的峰值信號(hào)。這導(dǎo)致系統(tǒng)的分辨率有所降低，但成像范圍和速度卻比傳統(tǒng)的激光雷達(dá)要大得多。這一方法使FMCW激光雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了亞毫米定位精度，且數(shù)據(jù)吞吐量比之前的演示提高了25倍。研究結(jié)果表明，該方法足夠快速和準(zhǔn)確，可以實(shí)時(shí)捕捉到人體運(yùn)動(dòng)部位的細(xì)節(jié)，如點(diǎn)頭或握拳。
Izatt表示，“我們的愿景是開發(fā)新一代基于激光雷達(dá)的3D攝像頭，此種攝像頭速度快、功能強(qiáng)大，能夠?qū)?D視覺集成到各種產(chǎn)品中。我們周圍的世界是3D的，如果我們想讓機(jī)器人和其他自動(dòng)化系統(tǒng)與我們自然而安全地互動(dòng)，就需要使其能夠看到我們，就如我們可以看到它們一樣?！?/p> 