基于MEMS微镜的“扫描眼”赋予自动驾驶汽车3D视觉
2019-12-11 11:12:28 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
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。
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。
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。
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。
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