在擋風(fēng)玻璃上顯示圖形信息給司機(jī)并不是什么新鮮事。但這種“抬頭”設(shè)備往往只能在2D和小范圍內(nèi)運(yùn)行。這意味著人們需要經(jīng)常在顯示器和前方道路之間切換注意力。

最近，英國研究人員認(rèn)為司機(jī)在保持注意力集中的情況下，應(yīng)該有可能識別出他們面前隱藏的障礙物。研究人員將光探測和測距(激光雷達(dá))與計算機(jī)生成的全息術(shù)相結(jié)合，展示了如何將這些物體的3D重現(xiàn)放置在司機(jī)視野中，并具有正確的外觀尺寸——所有這些都是實時的。

追求無干擾的AR

這種顯示器是所謂的增強(qiáng)現(xiàn)實(AR)的例子。AR技術(shù)不是讓用戶沉浸在一個完全人工的、由計算機(jī)生成的世界中，而是用額外的數(shù)據(jù)補(bǔ)充來自現(xiàn)實世界的感官輸入。這種方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于從教育到外科手術(shù)的各個領(lǐng)域。但在駕駛場景下，它有可能會讓用戶分散注意力。

為了解決這個問題，一些研究小組試圖開發(fā)3D平視系統(tǒng)，其中一些依賴于全息技術(shù)。傳統(tǒng)的全息圖是通過物理方法用參考光束干擾物體光束來創(chuàng)建的，而AR中使用的全息圖則是通過計算生成的，它從現(xiàn)實世界的物體上反射光或其他波，然后計算它們與參考光束結(jié)合時產(chǎn)生的干涉圖案。關(guān)鍵在于能夠快速準(zhǔn)確地進(jìn)行計算，從而捕捉到移動車輛周圍不斷變化的環(huán)境。

激光雷達(dá)全息圖

在最新的研究中，劍橋大學(xué)的Jana Skirnewskaja和其同事，以及牛津大學(xué)和英國倫敦大學(xué)學(xué)院的同僚，展示了如何通過激光雷達(dá)(通過反射激光來測量物體的距離)來創(chuàng)建這種全息圖。利用精心挑選的激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，即使在單次激光掃描中收集的數(shù)據(jù)相對較少，他們也可以重建物體的360度視圖。

Skirnewskaja解釋道，每個點(diǎn)都有自己的空間坐標(biāo)和強(qiáng)度等級。給定足夠的點(diǎn)，即使物體對移動的車輛只有部分可見，也可以在3D中重建物體。

研究人員使用地面激光雷達(dá)掃描儀記錄了一些物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)：包括一棵樹、一輛卡車和站在自行車旁邊的行人沿著Malet街（倫敦大學(xué)學(xué)院附近的一條路），然后分兩步制作全息圖。首先，計算了虛平面內(nèi)各點(diǎn)發(fā)出的光波的疊加；然后，利用衍射的物理原理，從虛平面推導(dǎo)出全息平面。

重構(gòu)場景

為了從全息圖中重建觀察到的場景，Skirnewskaja和他的同事們用氦氖激光照射液晶顯示器，使晶體的雙折射分子按照全息圖干涉圖案決定電場的特定排列排列開來。他們能夠利用“虛擬菲涅耳透鏡”將重建的物體放置在駕駛員視野內(nèi)的正確距離上，從而節(jié)省車內(nèi)空間。

研究人員使用大小從10點(diǎn)到40萬點(diǎn)不等的點(diǎn)云來記錄全息圖，使用標(biāo)準(zhǔn)的計算機(jī)CPU和更強(qiáng)大的GPU來處理數(shù)據(jù)。他們發(fā)現(xiàn)，GPU的并行處理能力能夠在相對較少的額外時間內(nèi)產(chǎn)生更高質(zhì)量的全息圖像（處理100個點(diǎn)需要12秒，而處理1000個點(diǎn)只需要26秒）。

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考慮到移動車輛對速度的需求，該團(tuán)隊建議，駕駛員可以首先使用只有25個點(diǎn)的激光雷達(dá)，在大約5秒后創(chuàng)建一個物體的輪廓，從而警告潛在的重要隱藏物體的存在。21秒后，一個1000點(diǎn)的全息圖就可以創(chuàng)建出來，產(chǎn)生360°的物體視圖，讓司機(jī)進(jìn)一步確定（如給定的卡車有多長等具體信息）。

Skirnewskaja表示，從進(jìn)行測試以來，她和同事們已經(jīng)改進(jìn)了這項技術(shù)，展示了如何用紅綠藍(lán)光纖激光器將隱藏障礙物投射成全彩。她解釋道，他們的計劃是2024年在一輛真正的汽車上測試一個顯示器，并與谷歌合作，為不同視力狀況的人量身定制這個系統(tǒng)。但她補(bǔ)充說，在顯示器真正用于道路使用之前，還需要進(jìn)一步改進(jìn)，包括將激光雷達(dá)掃描儀與攝像頭結(jié)合起來，以識別路標(biāo)上的文字，并重建物體的輪廓。

審核編輯：黃飛