【產通社，1月13日訊】北京大學（Peking University）官網消息，王興軍教授-舒浩文研究員團隊、香港城市大學王騁教授團隊及上海交通大學周林杰教授團隊在Nature Communications在線發(fā)表題為“Integrated bionic LiDAR for adaptive 4D machine vision”的研究論文。研究團隊提出并驗證了一種受人眼視覺機制啟發(fā)的集成仿生FMCW激光雷達新架構，首次在芯片尺度上實現(xiàn)具備“凝視”能力的自適應并行4D成像系統(tǒng)，并進一步通過與相機協(xié)同感知實現(xiàn)4D-plus機器視覺表達，為“高分辨率、低功耗、高靈活性”的下一代智能感知提供了新路徑。

激光雷達作為主動式光學傳感器，其性能上限與系統(tǒng)代價的矛盾日益突出。激光雷達的工作本質可以視作對連續(xù)物理世界的數(shù)字采樣，采樣點密度以及可獲取的信息維度（如距離、速度、反射率等）決定了感知精度與信息表達能力。然而，傳統(tǒng)架構提升分辨率往往依賴全視場“堆更多通道、堆更高采樣點頻”的粗放式擴展，導致光電器件數(shù)量、后端高速電子學的帶寬與采樣處理需求同步攀升，從而在成本、功耗與復雜度上快速逼近工程邊界。本質上，這是一條依賴空間維度高密度通道堆疊來提升角分辨率的擴展路徑，其邊際效益逐步遞減而代價持續(xù)提升。

對于FMCW激光雷達而言，上述矛盾更為突出。FMCW具備高精度測距、強抗干擾能力，并可同步獲取距離與速度等多維信息，但相干鏈路對光源線寬、調頻線性度與相位穩(wěn)定性提出更嚴格要求，使單通道鏈路復雜度與實現(xiàn)成本顯著高于非相干方案。也正因如此，行業(yè)中常見的“通過空間維度高密度堆疊通道來提升角分辨率”的擴展路徑在FMCW體系下更難直接復制，其邊際代價更早顯現(xiàn)，系統(tǒng)在器件規(guī)模、封裝堆疊與熱管理等方面的工程負擔也更難持續(xù)承受。相比之下，人眼之所以能夠在有限能耗下實現(xiàn)高視敏度，關鍵在于其并不追求全視場均勻的最高分辨率，而是通過“外圍視野+凝視焦點”的機制，將高采樣密度按需集中到最重要的區(qū)域，以更高的資源利用效率獲得更優(yōu)的感知收益。因此，如何在有限通道預算下構建類似人眼“凝視”的自適應資源分配機制，在提升采樣效率的同時獲得更高有效分辨率，構成了可擴展高分辨率相干感知的關鍵科學問題。

為此，研究團隊提出“微并行”新架構，并在此基礎上研制并驗證了具備動態(tài)凝視能力的并行FMCW激光雷達原型系統(tǒng)，驗證了高分辨率成像不必再單純依賴空間維度的高密度通道堆疊，而可以通過波長/頻域的可重構資源調度實現(xiàn)更高效的分辨率擴展。實驗結果表明，系統(tǒng)在局部感興趣區(qū)域內實現(xiàn)0.012°的角分辨率，并在同一系統(tǒng)中兼顧大視場覆蓋與高精細成像需求。更為關鍵的是，薄膜鈮酸鋰電光頻梳與可寬譜調諧外腔激光器的結合，使系統(tǒng)在架構層面實現(xiàn)了“視場覆蓋能力”與“局部分辨率需求”的解耦：外腔激光器提供大范圍視點移動以保證全局覆蓋，電光頻梳則在目標區(qū)域按需提升采樣密度，從而實現(xiàn)“看得廣”與“看得清”的協(xié)同優(yōu)化。

在此基礎上，研究團隊進一步演示了首個基于集成光梳的實時并行4D成像系統(tǒng)。在獲取三維幾何信息的同時，系統(tǒng)可同步解析目標速度與反射率信息，并與可見光相機開展多模態(tài)融合，實現(xiàn)點云上色，從而補足激光雷達難以直接獲取的顏色外觀信息，提升場景可解釋性與語義表達能力，形成面向智能體任務的4D-plus場景表征。上述驗證表明，該架構通過“凝視”資源分配提升有效采樣效率，并將芯片級可重構并行通道作為核心能力支撐，為相干激光雷達走向可擴展、小型化、低功耗的集成化系統(tǒng)方案提供了系統(tǒng)級路徑。

查詢進一步信息，請訪問官方網站http://news.pku.edu.cn/jxky。（Robin Zhang，產通數(shù)造）    （完）