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传感新品
【香港理工大学:研发光电二极管阵列传感器,在自动驾驶、医疗诊断等领域有巨大应用潜力】
自然界的光谱世界浩瀚无垠,其波长范围之广,携带着丰富多变的视觉信息。然而,这些信息并非一成不变,它们随着光照环境的微妙变迁而动态调整,这些变迁涉及光照的光谱构成、介质对光谱的筛选,以及物体表面反射光谱的独特性。
当前,尽管CMOS与CCD图像传感器技术已臻先进,但它们的波长感知范围却相对固定,面对复杂多变的照明环境——如色彩失衡的照明、背景光晕的干扰,或是光线的急剧衰减——这些传感器往往显得力不从心,难以灵活适应其他光谱区域的成像需求。这种传感器与环境光谱之间的不匹配,直接导致了传统机器视觉系统成像质量的下降,进而限制了视觉特征的有效提取。
为了弥补这一缺陷,后端的图像处理算法虽能在一定程度上从低质量图像中恢复部分视觉信息,但其代价是增加了额外的能耗。而近期出现的光强度自适应技术,则为高动态范围光照条件下的图像捕捉提供了新思路。通过让视觉传感器能够主动适应环境光谱的动态变化,机器视觉系统得以更精准地捕捉与特定光谱特征相关联的视觉信息,这一突破在自动驾驶、医疗诊断、工业生产及安全监控等多个领域展现出了巨大的应用潜力。
自然界中的生物,尤其是那些需要跨越不同光谱环境的物种,如太平洋鲑鱼,已经进化出了令人惊叹的光谱适应性视觉系统。它们不仅适应了光强度的变化,更能在波长感知上展现出极高的灵活性。这种能力得益于其视网膜中两种视觉色素(VP1和VP2)的动态调节机制,这两种色素分别对短波长和长波长光线敏感。通过酶促反应调节这两种色素的比例,鲑鱼的视觉系统能够迅速调整其光谱敏感性,以匹配周围环境的光谱特征。
受太平洋鲑鱼视觉系统的启发,我们设计了一种创新的光谱可调光电二极管结构。该结构采用背对背布局,通过简单地改变偏置电压,即可在浅层结与深层结之间切换工作模式,从而实现对不同波长光线的敏感响应。这一过程迅速而高效,仅需数十微秒即可完成,与高速摄像机的帧率相媲美。该设计显著提升了成像的韦伯对比度,特别是在强光眩光条件下,特征识别的准确率实现了质的飞跃。
在自然界的不同场景中,太平洋鲑鱼的视觉适应性得到了淋漓尽致的展现。无论是在浑浊的内陆溪流中,还是在清澈的开阔海域,它们都能通过调整视觉系统的光谱灵敏度曲线,来适应不同光谱分布的环境。这种能力不仅增强了它们对周围环境的感知能力,更确保了它们在复杂多变的光谱环境中生存繁衍的竞争力。同样地,我们设计的光谱可调光电二极管也具备了类似的灵活性,为机器视觉系统在不同光照条件下的应用开辟了新的可能。
传感动态
【中科院物理所:光学微腔构建新一代超声波传感技术 | 进展】
超声波广泛应用于生物医学成像、工业无损检测、交通系统等领域。在生物医学成像方面,超声波技术具有无电离辐射、实时成像、成本低廉等优势,成为常用的早期疾病诊断工具。医生借助超声波成像可以实时监测胎儿发育情况、检查心脏功能、诊断肿瘤等。同样地,工业界也大量依赖超声波技术进行流量测量、过程控制和材料无损检测等。此外,超声波系统在交通领域也扮演着关键角色,应用于倒车雷达、物体识别和自动避障等功能,为智能驾驶提供可靠支撑。这些广泛的应用需求都离不开高性能的超声波传感器。
在过去几十年里,压电换能器占领着超声传感市场的主要地位,但它们在灵敏度、带宽和微型化等方面存在局限性。压电换能器的灵敏度随着传感面积的减小迅速下降,这将传感器的尺寸限制在毫米到厘米的范围内。为了克服这些局限,研究者基于微加工技术发展了微机电系统(MEMS)超声波传感器,如电容式微机械超声换能器(CMUTs)和压电式微机械超声换能器(PMUTs)。这些MEMS超声波传感器可实现更高的响应带宽和灵敏度,同时具有集成和微型化的潜力。然而,它们同样容易受到电磁干扰,并且由于其传感器结构不透明,在多模态成像方面存在挑战。
图1 超声波传感器应用实例
近年来,光学超声传感器已经成为超声波传感领域中一个重要研究方向。其中具有高品质因子的光学微腔利用其光学共振可显著提高探测精度,近年来已被广泛应用于超声波传感。此外,硅芯片上集成的光学微腔可批量制备,尺寸较小,因此可降低成本和功耗,有望在光声断层扫描等应用中实现较高的空间分辨率。目前,光学微腔已在各种超声传感应用中都展示出了优势和潜力。
图2 不同类型的光学微腔超声传感器和传感机制。a-c 三种用于超声波传感的微腔示意图:F-P 腔 (a)、π相移布拉格光栅(π-BG) (b) 和 WGM 微腔 (c),以及它们各自的共振条件。d-i 色散(d-f)和耗散(g-i)传感机制。e、h 腔体在色散耦合和耗散耦合情况下的透射谱变化。f、i 色散和耗散传感机制的响应分别随输入激光与腔体共振频率失谐的变化。
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心的李贝贝特聘研究员团队近年来致力于设计并制备基于回音壁模式光学微腔的超高灵敏度超声波传感器,并取得了一系列进展(Phys. Rev. Applied 2022, 18, 034035; Photon. Res. 2023, 11, 1139)。基于过往的研究和对大量资料文献的总结,该课题组对基于光学微腔的超声波传感器原理及发展进行了梳理,撰写了综述文章“Ultrasound sensing with optical microcavities”( Light Sci. Appl. 2024, 13, 159)。文中归纳了超声波传感器的应用场景(见图1)。还总结了几类常用的微腔超声波传感器包括:法布里-珀罗(F-P)腔(图2a),π相移布拉格光栅(图2b)与回音壁模式(WGM)微腔(图2c)。F-P腔结构较为简单,如果在F-P腔的一侧使用薄膜结构,则可以实现极高的灵敏度。位于光纤末端的F-P腔可以作为探针式超声波接收器,还可通过集成多个光纤实现阵列传感。然而,与其他光学微腔相比,F-P腔通常具有较大的体积,这限制了它的应用场景。π相移布拉格光栅是另一类重要的光学微腔结构。π相移布拉格光栅具有较小的传感区域,且可以集成在芯片上或光纤上。然而,值得注意的是,π相移布拉格光栅目前所实现的超声波传感灵敏度仍相对较低。WGM微腔通常是闭合的圆形介质结构,光子在其内表面发生连续全反射而被局域其中。在过去几十年中,微纳加工技术的进步极大促进了高品质因子WGM微腔的发展。除了具有极高的光学品质因子之外,WGM微腔还具有小模式体积、适应各种材料体系和形状的优势。
表1 基于不同光学微腔超声波传感器性能汇总
这篇综述概述了基于三种类型的光学微腔的超声波传感机制(见图2d-i),并讨论了如何优化超声波传感器的关键参数,关注了光学微腔实现超声波传感应用的最新进展并对其性能进行了总结(见表1)。此外,本文还介绍了光学微腔超声波传感器在不同探测场景中的应用,例如光声成像、测距和粒子检测等方面,为未来高性能超声波成像和传感技术的发展提供了重要参考。相比于传统压电超声波传感器,先进的光学微腔超声波传感器不仅能提高检测灵敏度和空间分辨率,还具有体积小、集成度高等优势,有望在生物医学成像、工业无损检测等领域带来革命性变革。这种基于光学微腔的新型超声波传感技术,必将为超声波在各领域的应用带来新的机遇和发展空间。
【单车4台AT128!禾赛获得百度萝卜快跑新一代无人驾驶平台主激光雷达独家定点】
近日,在武汉大街小巷穿梭着的数百辆百度萝卜快跑无人驾驶出租车,让自动驾驶再度火出圈。这一全新交通方式不仅吸引了众多消费者争相体验、热度空前,“仅需4元”、“礼让行人”、“订单疯涨”等一众关键词更是让市场看到了无人驾驶更清晰的发展方向和切实可行的落地模式。
此次在武汉投入运营的无人驾驶车辆采用了百度 Apollo 第五代自动驾驶系统解决方案,搭载了禾赛 Pandar 系列高性能激光雷达作为感知主雷达。而就在今年,更安全、体验更舒适的第六代百度 Apollo 无人车也将陆续投放市场。搭载百度 Apollo 第六代智能化系统解决方案的萝卜快跑第六代无人车,整车成本相较于 5 代车直接下降 60%,据官方信息价格仅需 20.46 万元。
第六代百度 Apollo 无人车——颐驰 06 上的主激光雷达为禾赛独家供应,单车搭载 4 颗超高清远距激光雷达 AT128,其探测距离超过 200 米,并将高清三维感知覆盖到了 360°,助力无人驾驶车辆全方位规划路线及安全避障。值得一提的是,这是国内首次将 ADAS 半固态激光雷达方案大规模应用部署在 Robotaxi 上。这也意味着 AT128 从前装量产领域“破圈”至 L4 级自动驾驶市场,为更多无人驾驶车型提供了性能出色、同时价格更亲民的激光雷达解决方案,从而有力推动了无人驾驶车辆大规模部署的进程。
百度萝卜快跑第六代无人车在武汉进行路测
作为市场上独一无二的“真 128 线”激光雷达,禾赛 AT128 基于先进的禾赛自研芯片化架构研发,实现了收发模块高度集成化,在同类产品中综合性能达到最强。AT128 每秒可产生 153 万点,四颗即可满足 L4 级别自动驾驶对高精度感知、360°视野全覆盖的严苛要求,同时提供了更经济的车规级半固态量产方案,助力单车成本大幅降低,从而成为无人驾驶车辆规模化部署的首选。
禾赛AT128
在今年的 Apollo Day 上,百度宣布旗下的自动驾驶出行服务平台萝卜快跑即将实现单个城市盈利的目标,这也是行业首次看到 L4 级自动驾驶的盈利希望,标志着其自动驾驶业务将进入一个新的发展阶段。据太平洋证券预测,在 2025 年和 2030 年,中国 Robotaxi 的市场规模分别有望突破 1.18 万亿元和 2.93 万亿元,将成为市场空间最大的自动驾驶场景之一。
禾赛作为百度长期的战略合作伙伴,一直以来提供高性能激光雷达产品,与百度携手实现载人运营场景的商业化落地。截至今年 4 月,百度 Apollo 的自动驾驶总里程已突破 1 亿公里,且始终保持零重大伤亡事故的记录。根据过去两年数据,实际车辆出险率仅为人类司机的 1/14。不仅百度,全球领先的自动驾驶厂商也都在积极推进研发、路测。目前,包括 Waymo、Cruise 在内的全球头部的自动驾驶厂商累计行驶里程普遍已超过 1000 万公里。这些无人驾驶车辆几乎都配备了多颗激光雷达,在提高安全性和降低人工接管率方面发挥着至关重要的作用。
L4 级别自动驾驶普遍被认为对于安全的要求是人类驾驶员的 10 倍以上,对于感知传感器的性能、系统安全、鲁棒性等都提出了更高的要求。正因如此,激光雷达已被行业广泛视为L4级别自动驾驶的必备传感器。首先,激光雷达因其主动发光的特性,能够无惧环境光变化,在黑夜、炫光等天气不受任何影响,具备超越人类驾驶员的感知能力。另外,面对雨、雪、雾等天气,激光雷达也能够有显著优于摄像头、毫米波雷达等传感器的表现。
截至今年第一季度,禾赛车载激光雷达累计出货量已经突破 38 万台。在 ADAS 前装量产市场,AT128 助力理想、小米等国内顶尖新势力车企打造出多款热销车型的全场景智能驾驶系统。同时,禾赛还在 L4 级自动驾驶市场赋能百度 Apollo、美团、Momenta、毫末智行、文远知行、小马智行、轻舟智行等头部自动驾驶客户,其产品性能和质量均得到了市场的充分验证。
在全球 Robotaxi 主雷达领域,禾赛与几乎海内外所有自动驾驶头部玩家都保持着紧密的合作关系。在全球头部的 10 家 L4 自动驾驶公司中,有 9 家使用的是禾赛的高性能激光雷达,Zoox、Nuro 等知名企业均位列其中。国际权威机构Yole最新发布的《2024年车载激光雷达市场报告》显示,2023 年全球 L4 自动驾驶激光雷达市场中,禾赛以高达 74% 的市场份额稳居榜首,展现了其强大的市场竞争力。
自动驾驶行业经历了长时间的探索与发展,如今,武汉的自动驾驶热潮是大众对智能驾驶期待和认知突破的集中体现,标志着行业迈入了一个全新的阶段。在感知技术层面,更成熟的激光雷达产品在加速自动驾驶商业模式的闭环。作为新质生产力的代表以及行业领军企业,禾赛将继续致力于打造安全可靠的激光雷达产品,提供实实在在的用户价值,进而为消费者带来更加美好、便捷的出行新体验。
【三星代工业务被曝不断恶化,平泽工厂 P4 二期产线已暂缓建设】
7 月 17 日消息,埃隆・马斯克(Elon Musk)今日在社交媒体表示,他计划将 X 和 SpaceX 的总部从加利福尼亚州搬迁至得克萨斯州。这一决定是由于加州最近通过的一项法律以及之前的许多其它法律对家庭和公司都造成了伤害。
马斯克在推特上写道:“由于这项法律以及之前的许多法律对家庭和公司造成了伤害,SpaceX 将把总部从加利福尼亚州霍桑搬到得克萨斯州的星际基地(Starbase)。”他所提到的法律是加州州长加文・纽瑟姆(Gavin Newsom)于周一签署的《安全法》(SAFETY Act,AB1955),据《洛杉矶时报》报道,该法案禁止学校在未经学生允许的情况下,要求教师披露学生的性别身份变化,并禁止对拒绝披露学生身份的教师进行报复。
在几分钟后的另一条推特中,马斯克表示,目前位于旧金山的 X 总部也将搬迁至奥斯汀(Austin)。《华尔街日报》去年曾报道,马斯克计划在奥斯汀附近建立一个名为 Snailbrook 的社区,他还计划在奥斯汀开办一所大学。
【汉威科技:车用传感器具有周期相对较长的特点 整体进展顺利】
日前,有投资者在深交所互动易平台提问:近期汉威在和机构的交流会上说汉威已经拿到了比亚迪、吉利、长城、广汽等主流车场全系列白名单,请问,公司车载产品没放量的原因在哪?7月16日,汉威科技在投资者互动平台表示,公司已获得部分上述品牌全系列白名单,同时与多个品牌公司开展业务合作。车用传感器具有周期相对较长的特点,从送样到审厂环节较多,目前整体进展顺利。
据介绍,公司分别设立了郑州威晶光电、郑州新威光电以及威晶光电深圳分公司,建设完整的光电子器件产线,实现光电子器件系列产品的覆盖。未来,公司将充分发挥中原总部的研发创新、生产制造能力,同时发挥深圳激光器行业的区位优势与发展创新潜能,以自身全面的研发制造能力结合汉威科技集团总部的产业生态圈优势,为客户提供完全自主可控的激光器器件及模组整体方案。
审核编辑 黄宇
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