如果機器人要帶我們穿越擁擠的城市，它們將需要一個精確的周圍世界的三維模型，而激光雷達就是他們實現該目標的一個重要依仗。不過，我們已經開始從標志性的旋轉激光雷達——使用激光脈沖收集深度信息——裝向更小、更便宜的固態設備。但是，除了高端應用之外，大部份應用還是用不上現在仍然笨重、耗電且過于昂貴的激光雷達。 現在，斯坦福大學的研究人員已經開發出一種創新系統，該系統可以與幾乎所有量產的CMOS 圖像傳感器集成，以可能以當今激光雷達的一小部分價格捕獲 3D 數據。它依賴于壓電效應，即一些材料變形產生電能的過程，反之亦然。 斯坦福電氣工程系的Okan Atalar和AminArbabian從薄膜鈮酸鋰開始，這種材料通常用于手機和通信系統中的波導和光開關。

       用透明電極涂覆薄膜使它們能夠激發晶體，建立一個聲學駐波，調節通過它的光的強度。 這使他們能夠執行調制飛行時間 (MToF) 計算，捕捉到場景中物體的距離信息。飛行時間的工作方式如您所料：測量從發射光脈沖到它返回的時間，并由此計算到它反彈的物體的距離。普通飛行時間的問題在于，即使是最短暫的激光脈沖（幾納秒）也有幾十厘米長，這限制了系統的準確性。 在 MToF 中，激光信號被調制，檢測器對該調制進行解碼，測量返回信號的相移以確定距離。Atalar 的光聲調制器需要不到一瓦的功率，這比傳統的電光設備要低幾個數量級。 在NatureCommunications最近的一篇論文中描述的測試中，調制器與具有 4 百萬像素分辨率的標準 CMOS 圖像傳感器配對。它構建了幾個金屬目標的相對高分辨率的深度圖，將它們定位在幾厘米以內。“它的增量成本非常低，因為您只需在 CMOS 傳感器頂部添加一層和一些電子設備，它仍然可以獲得您今天獲得的彩色圖像和寬動態范圍，”Arbabian 說。“但是然后你打開另一種模式，你可以使用相同的電子設備進行飛行時間。” 

      與標價數千（或數萬）美元的專業激光雷達相比，CMOS 圖像傳感器每年的制造量高達數十億，通常每個成本僅為幾美元。Arbabian 認為，即使添加光學調制器會使 CMOS 圖像傳感器的價格翻倍，它仍然可以為深度傳感系統開辟新市場。“想想安全攝像頭或虛擬和增強現實耳機的應用，”他說。“3D 感知可以為智能手機增加手勢檢測。” 斯坦福團隊現在正在建立其概念驗證演示，旨在增加系統運行的頻率并改進調制以提高其準確性。Atalar 估計，該技術距離用于商業開發還有一兩年的時間。 當它最終到達那里時，它可能會發現激光雷達市場有點不同。去年，索尼宣布正在將飛行時間激光雷達系統的光學開關直接構建到單個成像芯片上。

      單光子雪崩二極管 (SPAD) 像素堆疊在距離測量處理電路上方，提供 0.1MP 的有效分辨率。 這不是很詳細，但預計該芯片的成本僅為 120 美元左右，并且可能會受益于摩爾定律的價格和性能路徑。“硅相對便宜，” SLiC業務發展和營銷副總裁 RalfMuenster 說，這是一家構建自己的緊湊型低功率激光雷達的初創公司。“所以現在把東西放在硅上很有吸引力，尤其是成像儀。制造斯坦福的調制器不會像硅那么簡單。” SLiC 正在尋求使用調頻連續波 ( FMCW ) 激光雷達的完全集成的視覺芯片。這種高度準確的深度感應技術還具有捕獲場景中每個物體速度的優勢，這可以使其在自動駕駛等安全關鍵應用中的使用更加順暢。 隨著激光雷達的縮小和放大，純二維圖像傳感的日子似乎屈指可數。您可能在所謂的自動駕駛汽車上看到了您的第一個激光雷達系統。您可能會在手機上看到下一個。