研究人员开发新型微扫描镜,为自动驾驶汽车提供增强3D视觉

朝夕盼兮 2021-01-06 15:29:32

据外媒报道,德国弗劳恩霍夫协会(Fraunhofer Society)的研究人员开发了一种新型微扫描镜,可集成激光雷达,为自动驾驶汽车提供增强的3D视觉。


研究人员开发新型微扫描镜,为自动驾驶汽车提供增强3D视觉


(图片来源:Fraunhofer IPMS)


该MEMS扫描镜由单晶硅制成,具有一层反射涂层,可以增强激光雷达的测距激光。传感器捕捉到的光越多,就越能准确地确定与物体之间的距离。集成该扫描镜芯片的定位技术能够持续追踪扫描镜控制激光束的方向和被测量位置。


弗劳恩霍夫光子微系统研究所(IPMS)副研究员Jan Grahmann博士表示,“利用我们的技术平台,我们能够满足适用于激光雷达的新型微扫描镜的设计规范。激光雷达系统能够三维扫描周围区域,从而检测到行人、骑行者或其他车辆。我们的MEMS扫描镜将激光束分割成二维,并将光聚焦在被测物体上。通过测量反射光的飞行时间,也可以确定与物体之间的距离,作为第三个维度。”


自动驾驶汽车计算机视觉公司AEye已采用这项新技术。据Fraunhofer IPMS称,该公司已将这种新型扫描镜集成到其4Sight激光雷达传感器中。该微扫描镜的工作波长为905nm至1550nm,这是激光雷达应用的典型波长,而且其孔径大小对工作距离有显著影响。Grahmann表示,该微扫描镜与AEye的智能激光雷达传感器配合使用,射程可能会超过200米。


Grahmann还称,“我们的MEMS扫描镜的尺寸至多为5毫米。较大的扫描镜可用于特殊应用,但如果尺寸过大,就会失去MEMS的优势。除了微扫描镜,我们还提供必要的封装和驱动电子。其所有部件都可以根据客户的要求进行设计,从而确保可以集成到不同的激光雷达系统中。我们还为头戴式显示器和工业机器人开发MEMS扫描镜。”


据研究小组称,下一步将计划大批量生产微扫描镜,并为量产技术做准备。


基于MEMS微镜的“扫描眼”赋予自动驾驶汽车3D视觉


自动驾驶产业正利用激光雷达(LiDAR)传感器取代驾驶员的眼睛,使车辆能够感知并识别周围的行车环境。


研究人员开发新型微扫描镜,为自动驾驶汽车提供增强3D视觉


据麦姆斯咨询报道,德国德累斯顿弗劳恩霍夫光子微系统研究所(Fraunhofer IPMS)的研究人员正在开发系列MEMS扫描微镜,利用这些MEMS微镜的系统可以可靠地感知周围的环境,并且不易受到干扰,同时尺寸小巧、易于集成。随着Fraunhofer IPMS的最新进展,更安全的无人驾驶似乎不再遥远。


在自动驾驶汽车中,人将只是乘客,汽车可以识别障碍物和危险,并独立完成操控。为了使自动驾驶车辆实现环境感知,业界正在尝试利用激光雷达传感器来代替驾驶员的眼睛。激光雷达通过发射激光束并检测反射光束来测量物体和车辆之间的距离。


Fraunhofer IPMS团队正在研究利用他们的MEMS微镜“扫描眼(scanning eye)”来赋予自动驾驶汽车3D视觉。MEMS微镜模组通过向二维空间扫描激光束来实现周围环境的扫描。物体反射光的深度信息通过探测器信号确定。当前主流的深度信息检测方案有多种,例如:飞行时间(ToF)、编码脉冲或调频连续波(FMCW)信号解调等。


研究人员开发新型微扫描镜,为自动驾驶汽车提供增强3D视觉


Fraunhofer IPMS研发的MEMS微镜


多一个维度的增强感知


此外,Fraunhofer IPMS通过引入宽带光源,使系统可以利用光谱信息检测固体、液体或气体物质,从而进一步增强系统的感知能力。除了“飞行时间”测量,增加的光学扫描光栅可以根据波长控制反射,从而对各种物质进行光谱分析。


MEMS微镜“扫描眼”的优势:


无需接触的环境分析


超高分辨率


超紧凑的尺寸


适用于移动设备


坚固可靠且免维护


多年来,Fraunhofer IPMS一直在开发并制造MEMS微镜,致力于利用MEMS微镜“扫描眼”方案来支持3D机器视觉,用于自动驾驶、工业、医疗以及日常生活中的光束操纵应用。这些集成驱动的紧凑型MEMS光学组件具有卓越的鲁棒性和可靠性。


当前自动驾驶测试车中采用的激光雷达系统大多基于大尺寸机械式旋转镜,由于其尺寸和重量,很难将其集成到车辆中。此外,这类激光雷达的制造成本高昂,所包含的旋转部件还容易受到振动和冲击的影响,从而导致测量不准确,在最糟糕的情况下,可能引起系统故障或引发事故。业界寄予厚望的替代方案是所谓的固态激光雷达,不包含运动部件,尺寸小易集成。不过,它们对于远距离物体的探测仍有挑战。而安全的自动驾驶要求激光雷达的探测距离可以覆盖从几厘米到几百米的范围。


“我们开发的MEMS微镜的特殊之处在于,它们可以在所有范围内可靠地探测周围环境。此外,我们的MEMS微镜还非常轻巧,便于集成,即使它们本身含有微型可动元件,但并不会受到汽车振动的影响,从而保证了测量精度。”Fraunhofer IPMS研究人员Grahmann博士解释称,“因此,我们的MEMS扫描镜设计既可以满足机械运动需求,又可以实现固态激光雷达的稳定性。利用我们的方案,可以实现更安全的自动驾驶。”


Fraunhofer IPMS开发的MEMS微镜由单晶硅制成,因此它们非常坚固,耐冲击,且不会出现疲劳现象。其极具成本效益的半导体制造工艺,可以在制造中实现规模效益。此外,其半导体芯片与CMOS兼容,可以实现与现有系统的高度集成。

来源:麦姆斯咨询

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