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CMOS SPAD陣列:愛丁堡大學(xué)團(tuán)隊(duì)與STMicroelectronics影像部門研究

更新時(shí)間:2023-07-21      點(diǎn)擊次數(shù):666


如今,LiDAR在自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、無人機(jī)、測距、人臉識(shí)別、數(shù)字相機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,也變得越來越重要?,F(xiàn)在,讓我們回顧一下2019年的一項(xiàng)重要研究。在一項(xiàng)具有前瞻性的合作研究中,愛丁堡大學(xué)的Robert K. Henderson教授與STMicroelectronics影像部門合作,推動(dòng)了基于單光子雪崩二極管(SPAD)的激光雷達(dá)(LiDAR)系統(tǒng)的發(fā)展,并在汽車應(yīng)用領(lǐng)域取得了重大突破。他們的研究專注于優(yōu)化SPAD的配置,以提升汽車LiDAR接收器的設(shè)計(jì),并對(duì)該領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

在Henderson教授的領(lǐng)導(dǎo)下,該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了具有創(chuàng)新性的研究,重新定義了基于SPAD的LiDAR技術(shù)的能力。他們的研究成果發(fā)表在題為《用于LiDAR接收器驗(yàn)證的可重配置40納米CMOS SPAD陣列》的關(guān)鍵論文中,對(duì)該領(lǐng)域具有重要影響。

該研究以使用40納米CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可重配置SPAD陣列為核心,提供了像素配置的靈活性。該合作開發(fā)的測試芯片利用了Xilinx Kintex-7 FPGA進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)采集,實(shí)現(xiàn)了同時(shí)讀取128個(gè)SPAD數(shù)字輸出。這種能力可記錄大量SPAD事件,為進(jìn)一步分析提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。


Henderson教授團(tuán)隊(duì)的關(guān)鍵突破之一是同步總和技術(shù)(SST),旨在優(yōu)化基于SPAD的LiDAR系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。通過有效地組合多個(gè)SPAD脈沖,SST技術(shù)相較于現(xiàn)有方法實(shí)現(xiàn)了顯著提升,達(dá)到了7.5倍的增強(qiáng)。這一突破為長距離汽車LiDAR應(yīng)用帶來了新的可能性,解決了死時(shí)間癱瘓等問題,提高了對(duì)近距離高反射目標(biāo)的檢測能力。

為了補(bǔ)充硬件開發(fā),該團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了一種強(qiáng)大的MATLAB模擬模型。該復(fù)雜模型通過考慮光子檢測概率、像素配置、傳感器吞吐量和偏置條件等多種參數(shù),準(zhǔn)確模擬了傳感器的性能。利用模擬結(jié)果,研究人員能夠確定不同像素配置下的最大成像距離,為傳感器設(shè)計(jì)提供明智決策。


2019年Henderson教授團(tuán)隊(duì)的合作研究是基于SPAD的汽車LiDAR系統(tǒng)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大成就。他們的工作提升了LiDAR技術(shù)的能力,提供了更好的性能、增強(qiáng)的動(dòng)態(tài)范圍和更大的像素配置靈活性。

隨著對(duì)可靠且具有成本效益的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需求的持續(xù)增長,這項(xiàng)研究的影響力不可低估。Henderson教授的團(tuán)隊(duì)與STMicroelectronics的合作為基于SPAD的LiDAR系統(tǒng)的未來突破鋪平了道路。他們的發(fā)現(xiàn)為研究人員和從業(yè)者提供了寶貴見解,指導(dǎo)更高效和先進(jìn)的自動(dòng)駕駛技術(shù)的開發(fā)。


這種合作研究的持久影響凸顯了合作和創(chuàng)新在推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步方面的力量。通過結(jié)合學(xué)術(shù)專業(yè)知識(shí)和行業(yè)經(jīng)驗(yàn),Henderson教授的團(tuán)隊(duì)與STMicroelectronics在基于SPAD的LiDAR系統(tǒng)方面取得了重要進(jìn)展。可重配置的SPAD陣列,搭配SST技術(shù)和MATLAB模擬模型的支持,代表了實(shí)現(xiàn)更安全和更高效自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的重要一步。

展望未來,這項(xiàng)合作研究的影響將繼續(xù)塑造LiDAR系統(tǒng)的未來。這些具有變革性的發(fā)現(xiàn)將激發(fā)基于SPAD技術(shù)的更多進(jìn)步,推動(dòng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛車輛,并對(duì)整個(gè)汽車行業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。



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