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最新激光雷達成為”千里眼“，325米外可生成毫米級人臉3D圖像
激光雷達方面又有新進展，英國赫瑞瓦特大學研究團隊開發出一款新型雷達，可以獲得1000米之外的物體或場景的高分辨3D圖像，無視惡劣環境條件和樹葉、偽裝網遮擋，325米外的人臉也能實現毫米級的清晰成像，並在最遠10km的範圍內能識別車輛類別。測距更遠、精細度更高的激光雷達方案有利於為智駕留有更多時間，帶來更高安全冗餘和保障。
技術說明
這個系統的關鍵元件是一種超導納米線單光子探測器（SNSPD），由麻省理工大學和JPL研究團隊共同開發，SNSPD可以檢測到單光子，這意味著可以使用功率極低的雷射器（包括人眼安全雷射器）在極短時間內進行短距離測量。
其主要原理是雷射源和SNSPD通過光纖耦合到收發器，並使用一對電腦控制的振鏡和中繼光學元件對場景上的照明光束進行光柵掃描，並將收集的返回光子引導至接收通道。使用一組高性能硬塗層濾光片對指向接收通道光纖的光子進行光譜過濾。
圖 1：(a) 基於飛行時間的深度成像系統示意圖。(b) SNSPD 器件的註釋顯微鏡圖像。(c)中的高倍顯微鏡圖像顯示了 25µm 長、10µm 寬的有效區域，以及連接的錐形軌的末端。(d) 中顯示的是在 35m 外的逆反射目標板上通過單像素測量獲得的整個系統 IRF 圖--在 1550nm 工作波長下，FWHM 時序抖動值為 12.6ps。資料來源：Aongus McCarthy, Gregor G. Taylor, Jorge Garcia-Armenta 等人，《High-resolution long-distance depth imaging LiDAR with ultra-low timing jitter superconducting nanowire single-photon detectors》，《Optica》（2025）。
為了提升性能，實驗組對光學佈局、元件和光學機械進行了幾次重大升級，如將五元件透鏡換位直徑為90的離軸拋物面鏡，以顯著減少內部背向反射並稍微降低透視損耗。最終收發器示意圖如下：
圖 2：（a）單站單像素掃描收發器的光學佈局示意圖。b）定製設計的收發器光學機械元件的機械 CAD 模型註釋圖像。(c) 中的照片是從類似視角拍攝的實際收發器元件（外殼已拆除）。資料來源：Aongus McCarthy, Gregor G. Taylor, Jorge Garcia-Armenta 等人，《High-resolution long-distance depth imaging LiDAR with ultra-low timing jitter superconducting nanowire single-photon detectors》，《Optica》（2025）。
最終，這些因素提高了在距離、雷射功率水平、資料採集時間和深度解析度之間權衡的靈活性。此外，由於SNSPD探測器的工作波長可以超過1550nm，這種設計為開發中紅外單光子激光雷達系統打開了大門，可以進一步增強透過霧、煙和其它遮蔽物的成像效果。
遠距離測量結果
研究人員在赫瑞瓦特大學校園內對其激光雷達系統進行了實地測試，對45m 、325m 和 1km 外的物體進行了測量。
為了評估空間和深度解析度，他們掃描了一個定製的 3D 列印目標，目標的柱子大小和高度各不相同。在 45m 和 325m 的日光下，該系統能分辨出小至 1mm 的特徵--深度解析度比他們以前所取得的成績高出約 10 倍。他們還使用每像素 1ms 的採集時間、對眼睛安全的 3.5mW 雷射器和最低限度的資料處理，在這些距離上捕捉到了人臉的 3D 圖像。
圖 3：在白天（約 40klux，平均背景計數率約為 17kcounts/s）距離 45m 處測量 3D 列印柱陣列目標的結果。資料來源：Aongus McCarthy, Gregor G. Taylor, Jorge Garcia-Armenta 等人，《High-resolution long-distance depth imaging LiDAR with ultra-low timing jitter superconducting nanowire single-photon detectors》，《Optica》（2025）。
下圖是日光下45米的人像採集，人（論文合著者）靠在膠合板背板上，（b）、（c）分別為激光雷達採集的深度和強度圖，（d）為深度剖面斜檢視。值得注意的是，45米的距離下，服裝衣領上的紐扣這種小特徵在深度和強度圖中也清晰可見。
圖 4：合著者之一（GGT）在日光下以每個像素 1ms 的採集時間和每個像素約 200µW 的平均光輸出功率，在 45m 遠的距離採集的深度和強度測量資料。資料來源：Aongus McCarthy, Gregor G. Taylor, Jorge Garcia-Armenta 等人，《High-resolution long-distance depth imaging LiDAR with ultra-low timing jitter superconducting nanowire single-photon detectors》，《Optica》（2025）。
325米處的人像檢測如下。和45米的掃描相比，能看到325米處的掃描受大氣條件影響變大，像素數量降低。原因可能是出射和/或返回光子因局部溫度梯度或湍流引起的光束路徑中，空氣折射率變化而偏離軌道的時間。但是，即使如此，即使僅使用像素級互相關分析技術，這個激光雷達系統也能在325米的對峙距離上實現毫米級深度和空間解析度。
圖 5：在日光下且在 325m 的距離上對三個不同的場景進行深度強度測量——柱陣列、真人大小的聚苯乙烯頭像和合著者GGT。資料來源：Aongus McCarthy, Gregor G. Taylor, Jorge Garcia-Armenta 等人，《High-resolution long-distance depth imaging LiDAR with ultra-low timing jitter superconducting nanowire single-photon detectors》，《Optica》（2025）。
McCarthy 說：“該系統出色的深度解析度意味著它特別適用於對雜物（如樹葉或偽裝網）後面的物體進行成像，而這種情況對數位相機來說是很困難的。例如，它可以分辨出偽裝網後幾釐米處的物體，而解析度較低的系統則無法分辨出該物體。”
超強陽光下掃描到1km以外的訊號塔：
資料來源：Aongus McCarthy, Gregor G. Taylor, Jorge Garcia-Armenta 等人，《High-resolution long-distance depth imaging LiDAR with ultra-low timing jitter superconducting nanowire single-photon detectors》，《Optica》（2025）。
研究團隊給出的結論是：目前這個激光雷達系統可能可以適用於最遠1公里距離的面部和人類活動識別應用，同時，在最遠10公里的範圍內，這一系統可以提供足夠的細節來識別中等大氣湍流水平的車輛類別（如汽車、貨車）。此外，SNSPD具有的低時許抖動和高效率特質，意味著即使低ABR，也只需要幾十個目標返回的光子，即可形成高解析度的深度圖像，這為其改善雜波後面、障礙物周圍或渾濁介質中的場景成像提供可能性，亦即受惡劣環境和障礙物的影響較小。
總的來說，在激光雷達的較高精度探測距離能達到1000米，325米外能實現毫米級成像，以及10km外能識別車輛資訊的技術發展下，激光雷達所能帶來的安全冗餘變得更為明顯。因其光子特性受視覺距離的限制小，其對環境檢測的距離和精度都可以進一步提升，在主動光源的探測下生成周圍長距離、大範圍的環境細節成像，使整個智駕系統具有更從容的反應時間。 (鑫欏智駕)