來自瑞士蘇黎世的 Pointcloud GmbH 研究人員，成功將先進的 4D 感測技術，原本因體積過於龐大而無法廣泛使用，整合進一顆單一的矽晶片中。這款 4D 成像感測器能夠同時繪製物理世界的三維圖像，同時計算它所觀察到的每個物體的速度。這項技術為從自動無人機到未來智能手機的各種應用提供了一個低成本且高速的視覺解決方案。研究人員在論文中指出，這一結果展示了 FMCW LiDAR FPA 感測器作為無處不在、低成本、緊湊的相干 4D 成像相機的推動潛力。
目前大多數無人機仍使用脈衝式 LiDAR，這種技術通過發射光脈衝並等待其反彈回來來工作，雖然有效，但體積龐大且對速度無法感知——要知道一輛車的行駛速度，計算機必須比較兩幀圖像並進行計算。這款新晶片則採用了一種擁有 61,952 個固定像素的焦平面陣列（FPA），摒棄了基於脈衝的方式，轉而使用連續的激光束。研究描述了一款緊湊的設備，利用這些成千上萬的像素網格，能夠同時在三維空間中繪製環境圖像和追蹤移動物體的瞬時速度。
透過頻率調制連續波（FMCW）LiDAR 和連續激光束，該晶片能夠檢測微妙的頻率變化，以實時測量物體的速度。與標準的 LiDAR 系統需要分開的發射器和接收器不同，這個陣列中的每個像素都能同時發射和接收激光光線，並通過晶片上的光學開關網絡進行路由。該系統的核心是一個 352 × 176 像素的 2D FMCW LiDAR FPA，包含超過 60 萬個光子元件，所有元件都集成在晶片上，並配備其相關電子元件。研究指出，這代表著相較於之前的演示，像素數量增加了五倍。
使用連續激光束而非標準脈衝，這款感測器能夠檢測微小的光頻變化，同時計算物體的距離和速度。這一方法在各種環境測試中得到了驗證，晶片成功重建了 6 到 11 米距離內的高密度三維數字地圖。結合深度映射和實時速度追蹤，該系統展現了處理其他感測器常常無法捕捉到的運動的能力。
據報導，這款晶片表現出驚人的多功能性，能夠捕捉到距離 65 米的建築物精細的建築細節，並提供旋轉盤的瞬時速度讀數。首席作者 Remus Nicolaescu 建議，通過將所有必要的電子元件直接集成到矽晶片上，該系統終於有望實現經濟實惠的大規模生產。儘管團隊計劃進一步提升其範圍和解析度，但這項技術的潛力遠不止於機器人領域。它可能促進標準消費者智能手機相機的高性能 4D 成像。研究人員目前正專注於進一步提升解析度並擴展感測器的範圍。盲目機器人的時代即將結束，瞬時 4D 視覺的時代已經開始。該研究成果已發表於《Nature》期刊。
