蓋世汽車訊 盡管機器人沒有視網膜，但光學相干斷層掃描（OCT）機器可以幫助它們更自然、更安全地觀察世界，并與世界互動。目前，許多機器人公司正將激光雷達集成到傳感器中。激光雷達的工作原理與雷達類似，但其使用的是激光產生的短脈沖光，而非發射寬帶無線電波并尋找反射信號。

（圖片來源：https://wraltechwire.com/）

然而，傳統的飛行時間激光雷達存在許多缺點，難以用于許多3D視覺應用。由于其需要探測非常微弱的反射光信號，很容易受到其他激光雷達系統或環境中陽光的干擾。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域時，可能需要很長時間。為了應對這些挑戰，研究人員正轉向研究調頻連續波（FMCW）激光雷達。

據外媒報道，杜克大學（Duke）研究團隊展示了從OCT研究中學習到的技巧，可將以往的FMCW激光雷達數據吞吐量提高25倍，同時仍能實現亞毫米深度精度。該校研究人員展示了新的激光雷達方法，可以快速處理數據，從而捕捉對于自動駕駛汽車和制造系統而言至關重要的特征。

杜克大學博士生Qian Ruobing表示，“FMCW激光雷達與OCT具有相同的工作原理，生物醫學工程領域自20世紀90年代初以來一直在發展。但30年前，沒有人知道自動駕駛汽車或機器人會成為現實，所以OCT技術專注于組織成像。現在，為了讓其在其他新興領域發揮作用，我們需要利用其超高分辨率來獲得更遠的距離和更快的速度。”

OCT是一種光學模擬超聲波，其工作原理是將聲波發送到物體上，然后測量它們返回的時間。為了計算光波的返回時間，OCT設備測量它們的相位與經過相同距離但沒有與另一物體相互作用的相同光波相比，發生了多少位移。  

FMCW激光雷達采用類似的方法，并進行調整。該技術發出的激光束在不同頻率之間不斷變換。當收集光來測量其反射時間時，探測器可以區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激光雷達測量不受阻礙的光束的任何相移，是一種比目前的激光雷達系統更精確的確定距離的方法。杜克大學生物醫學工程教授Joseph Izatt表示，“看到我們幾十年來研究的生物細胞成像技術可以直接轉化為大規模、實時的3D視覺，非常令人興奮。這正是機器人安全觀察人類，并與人類互動所需的能力，甚至在增強現實中，可使用實時3D視頻取代虛擬化身。”

之前采用激光雷達的大部分設備都依賴旋轉鏡掃描環境中的激光。雖然此種方法很有效，但從根本上受到機械反射鏡速度的限制，無論其使用的激光有多強。杜克大學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，離開光源時就會散開。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光束的速度要比機械反射鏡的旋轉速度快得多。這使得系統可在不損失深度和定位精度的情況下，快速覆蓋廣泛的區域。

雖然OCT設備用于描繪物體內部幾毫米深處的微觀結構，但機器人3D視覺系統只需要定位人體大小物體的表面。為了實現這一目標，研究人員縮小了OCT使用的頻率范圍，只尋找從物體表面產生的峰值信號。這導致系統的分辨率有所降低，但成像范圍和速度卻比傳統的激光雷達要大得多。這一方法使FMCW激光雷達系統實現了亞毫米定位精度，且數據吞吐量比之前的演示提高了25倍。研究結果表明，該方法足夠快速和準確，可以實時捕捉到人體運動部位的細節，如點頭或握拳。

Izatt表示，“我們的愿景是開發新一代基于激光雷達的3D攝像頭，此種攝像頭速度快、功能強大，能夠將3D視覺集成到各種產品中。我們周圍的世界是3D的，如果我們想讓機器人和其他自動化系統與我們自然而安全地互動，就需要使其能夠看到我們，就如我們可以看到它們一樣。”

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