蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，新加坡國立大學(xué)（NUS）理學(xué)院的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在化學(xué)系教授Liu Xiaogang的領(lǐng)導(dǎo)下，研發(fā)了一款具有極高角分辨率的3D成像傳感器，其作為一種光學(xué)儀器，能夠分辨物體上被角距離小至0.0018o隔開的點(diǎn)。此種創(chuàng)新傳感器采用獨(dú)特的角度顏色轉(zhuǎn)換原理，能夠探測X射線至可見光光譜范圍內(nèi)的3D光場。
Liu Xiaogang教授（右）與Yi Luying博士（左）（圖片來源：新加坡國立大學(xué)）
光場包含光線的組合強(qiáng)度與方向，人眼可以對其進(jìn)行處理，以精確地探測物體之間的空間關(guān)系。不過，傳統(tǒng)的光傳感器技術(shù)效率較低。例如，大多數(shù)攝像頭只能產(chǎn)生二維圖像，對于普通攝影而言足夠，但對于虛擬現(xiàn)實(shí)、自動(dòng)駕駛汽車和生物成像等更高級的應(yīng)用來說還不夠。此類應(yīng)用都需要精確構(gòu)建特定空間的3D場景。
例如，自動(dòng)駕駛汽車可以利用光場感知查看街道，以更精確地評估道路危險(xiǎn)，從而相應(yīng)地調(diào)整車速。光場傳感還能夠讓外科醫(yī)生準(zhǔn)確地對病人不同深度的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，讓他們能夠做出更精確的手術(shù)切口，更好地評估病人的受傷風(fēng)險(xiǎn)。
Liu教授解釋：“目前，光場探測器采用透鏡陣列或光子晶體從許多不同角度獲取同一個(gè)空間的多個(gè)圖像。然而，將此類元素集成至半導(dǎo)體中十分復(fù)雜且昂貴。傳統(tǒng)的技術(shù)只能探測到紫外線至可見光波長范圍內(nèi)的光場，限制其應(yīng)用于X射線傳感中。”
此外，與透鏡陣列等其他光場傳感器相比，NUS團(tuán)隊(duì)的光場傳感器的角度測量范圍更大，超60度，具有高角度分辨率（對于較小的傳感器而言，分辨率可能低于0.015度），以及更寬的光譜響應(yīng)范圍（0.002nm至550nm之間）。此類規(guī)格讓該款新型傳感器能夠以更高的深度分辨率捕捉3D圖像。
該款新型光場傳感器的核心是無機(jī)鈣鈦礦納米晶體，一種具有優(yōu)異光電性能的化合物。由于具有可控的納米結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦納米晶體是高效的光發(fā)射器，其激發(fā)光譜橫跨X射線至可見光。還可以通過仔細(xì)改變其化學(xué)性質(zhì)或引入少量雜質(zhì)原子來調(diào)節(jié)鈣鈦礦納米晶體與光線之間的相互作用。
在紫外光照射下，由納米晶體磷光體組成的大規(guī)模角度傳感結(jié)構(gòu)（圖片來源：新加坡國立大學(xué)）
NUS研究人員將鈣鈦礦晶體繪制到一個(gè)特別的薄膜基底上， 并將其集成至彩色電荷耦合器件（CCD）中，將入射光信號(hào)變成彩色編碼輸出。此種晶體轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由光場傳感器的基本功能單元組成。
當(dāng)入射光線照到該傳感器上時(shí)，納米晶體會(huì)被激發(fā)。反過來，該鈣鈦礦單元能夠根據(jù)入射光線照射的角度發(fā)出不同顏色的光。CCD捕捉發(fā)射出的顏色，然后將其用于重建3D圖像。
NUS化學(xué)系研究員、該論文的第一作者Yi Luying博士分享道：“然而，一個(gè)單一的角度值不足以確定物體在一個(gè)三維空間中的絕對位置。我們發(fā)現(xiàn)，添加另一個(gè)垂直于第一個(gè)探測器的基本晶體轉(zhuǎn)換單元，并將其與設(shè)計(jì)好的光學(xué)系統(tǒng)相結(jié)合，可以提供更多有關(guān)該問題的空間信息?！?
然后，他們在概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中測試了該光場傳感器，并發(fā)現(xiàn)該方法可以捕獲1.5米外物體的3D圖像，精確地重建物體的深度與尺寸。
他們的實(shí)驗(yàn)還證明了此種新型光場傳感器甚至可以分辨非常精細(xì)的細(xì)節(jié)。例如，可重建計(jì)算機(jī)鍵盤的精確圖像，甚至捕捉到單個(gè)鍵淺淺凸起的狀態(tài)。
3D光場傳感器的設(shè)計(jì)（圖片來源：新加坡國立大學(xué)）
Liu教授及其團(tuán)隊(duì)正在研究方法，以提高光場傳感器的空間精度與分辨率，例如，采用更高端的色彩探測器。該團(tuán)隊(duì)還為該技術(shù)申請了國際專利。
Liu教授表示：“我們還會(huì)探索更先進(jìn)的技術(shù)，以將鈣鈦礦晶體更密集地繪制在透明基底上，可能會(huì)實(shí)現(xiàn)更好的空間分辨率。采用除了鈣鈦礦之外的材料也有望擴(kuò)大光場傳感器的探測光譜范圍。”
