Kết quả nghiên cứu mới đây được công bố trên tạp chí khoa học Nature cho hay Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Pointcloud GmbH (Cty hoạt động trong lĩnh vực dịch vụ CNTT và phát triển công nghệ hình ảnh  có trụ sở tại Zurich, Thụy Sĩ) đã tích hợp thành công nghệ cảm biến 4D tiên tiến vào một vi mạch silicon duy nhất – điều mà vốn trước đây khá cồng kềnh và khó triển khai trong các ứng dụng phổ thông.

Loại cảm biến hình ảnh 4D này có khả năng lập bản đồ thế giới vật lý, đồng thời ghi nhận tốc độ của mọi vật thể trong tầm quan sát của nó.

Công nghệ này mở ra một giải pháp thị giác giải pháp thị giác tốc độ cao, với chi phí thấp cho mọi thứ, từ máy bay không người lái đến điện thoại thông minh trong tương lai.

Nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Pointcloud GmbH cho biết trong bài báo khoa học: “Kết quả này chứng minh tiềm năng của cảm biến FMCW LiDAR FPA như một công cụ nền tảng cho phép tạo ra các camera hình ảnh 4D đồng bộ, nhỏ gọn, giá thành thấp và có thể triển khai rộng rãi”

Công nghệ dựa trên laser

Hầu hết các Drone - máy bay không người lái hiện nay sử dụng LiDAR xung, hệ thống phát ra các xung ánh sáng và chờ tín hiệu phản xạ quay trở lại để xác định khoảng cách. Phương pháp này hoạt động hiệu quả nhưng thiết bị thường khá cồng kềnh.

Ngoài ra, nó không trực tiếp đo đc vận tốc của vật thể. Để xác định một chiếc xe đang di chuyển nhanh bao nhiêu, hệ thống phải so sánh hai khung hình liên tiếp rồi thực hiện tính toán.

Với con chip mới 4D có thể khắc phục hạn chế này bằng cách sử dụng Focal Plane Array (FPA) gồm 61.952 điểm ảnh cố định, thay thế phương pháp xung để chuyển sang sử dụng chùm tia laser liên tục .

Theo mô tả trong nghiên cứu, thiết bị nhỏ gọn này sử dụng một mạng lưới gồm hàng chục nghìn pixel để đồng thời lập bản đồ môi trường 3D và theo dõi vận tốc tức thời của các vật thể chuyển động.

Nhờ sử dụng công nghệ LiDAR sóng liên tục điều chế tần số (FMCW) kết hợp với tia laser liên tục, chip có thể phát hiện những thay đổi rất nhỏ về tần số ánh sáng để đo vận tốc theo thời gian thực.

Khác với các hệ thống LiDAR truyền thống vốn cần bộ phát và bộ thu riêng biệt, mỗi pixel trong mảng cảm biến này đảm nhiệm hai chức năng cùng lúc là vừa phát vừa thu tín hiệu laser, được kết nối thông qua mạng lưới các bộ chuyển mạch quang học tích hợp trên chip.

Bài viết mô tả nghiên cứu cho biết thêm: “Trung tâm của hệ thống là mảng cảm biến FMCW LiDAR FPA hai chiều gồm 352 × 176 pixel, chứa hơn 0,6 triệu linh kiện quang tử, tất cả đều được tích hợp trực tiếp trên chip cùng các mạch điện liên quan. Số lượng pixel này tăng gấp 5 lần so với các nghiên cứu trước đây.”

Mở ra nhiều triển vọng thử nghiệm mới

Nhờ sử dụng tia laser liên tục thay cho các xung tiêu chuẩn, cảm biến có thể phát hiện những dịch chuyển rất nhỏ trong tần số ánh sáng để tính toán đồng thời khoảng cách và tốc độ của vật thể.

Cách tiếp cận này đã được kiểm chứng qua nhiều thử nghiệm môi trường khác nhau. Trong các thử nghiệm, con chip đã tái tạo thành công bản đồ số 3D mật độ cao của không gian trong nhà ở khoảng cách từ 6 đến 11 mét.

Nhờ sự kết hợp bản đồ và theo dõi vận tốc theo thời gian thực, hệ thống này có khả năng xử lý các chuyển động mà nhiều loại cảm biến khác thường bỏ sót.

Theo báo cáo nghiên cứu, con chip còn thể hiện tính linh hoạt ấn tượng nó có thể ghi nhận chi tiết kiến trúc tinh vi của một tòa nhà ở khoảng cách 65 mét, đồng thời đo vận tốc tức thời của một đĩa quay.

Bằng cách tích hợp toàn bộ hệ thống điện tử cần thiết trực tiếp trên silicon, Nhà nghiên cứu phụ trách chính của dự án - Remus Nicolaescu, cho rằng công nghệ này đã sẵn sàng cho sản xuất quy mô lớn với chi phí hợp lý.

Mặc dù nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục cải thiện tầm hoạt động và độ phân giải của công nghệ mới này, nhưng tiềm năng ứng dụng của công nghệ này không chỉ giới hạn ở lĩnh vực robot mà còn có thể mở đường cho việc tạo ra hình ảnh 4D hiệu suất cao trên các camera điện thoại thông minh.

Hiện các nhà khoa học đang tập trung nâng cao độ phân giải và mở rộng phạm vi hoạt động của con chíp mới với kỳ vọng khép lại kỷ nguyên của những chú Robot “mù” để mở ra kỷ nguyên thị giác 4D.

Theo INTE