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《华中农业大学信息学院团队研发基于激光雷达与深度学习的非接触式猪体尺测量技术，突破传统人工测量局限，实现精准表型数据采集》

  • 来源专题：农机装备
  • 编译者： 江浩
  • 发布时间：2025-06-23
  • 本研究提出了一种基于激光雷达和点云分割模型的猪体尺非接触测量方法，旨在解决传统人工测量耗时费力且准确性受应激反应影响的问题。通过构建自由站立姿态下猪的点云数据采集平台，结合深度学习技术，实现高精度的体尺测量。该方法在公共数据集和猪点云分割数据集上表现优异，特别是其PointVector++模型在各项指标中均优于主流方法。 具体而言，该方法的测量误差（MAE）均低于5厘米，测量精度（MAPE）控制在7%以内。尤其是体宽、臀宽、腹宽和体长等指标的误差分别低于3.61厘米和6.88%，R2值超过0.64，验证了其准确性与可靠性。研究过程中，华中农业大学信息学院硕士研究生江烨皓为第一作者，王海燕副教授为通讯作者，并得到了赵书红教授团队及其他多位专家的大力支持。 该研究不仅为猪的体尺测量提供了一种高效、精准的非接触式解决方案，还为现代智慧育种和精细化养殖管理奠定了坚实基础。
  • 原文来源：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkxNDUyNjQ3OQ==&mid=2247497150&idx=1&sn=003ecc6f80c4988a74dcd93a29088ef8&scene=0#wechat_redirect
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  • 《探索 | 片上激光雷达系统技术突破的重要研究》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2022-03-16
    • 三维传感器能像人眼一样感知周围环境并从中获取三维信息。激光雷达(LiDAR)作为一种新型技术，利用激光物理特性，可实现对目标物体进行长距离高精度的实时测量，近年来被广泛应用于自动驾驶、虚拟现实(VR)、无人机、地图测绘、消费电子产品等领域。激光雷达三维传感器的集成化和小型化是其未来的发展趋势。如何研制与开发出高度小型集成化的激光雷达系统，同时兼顾作为三维传感器的优异效果，始终是一个重大挑战，特别是如何在片上实现大视场、高分辨率的激光雷达目前还鲜有方案分析与报导。 近日，清华大学深圳国际研究生院、清华-伯克利深圳学院付红岩副教授受《自然》（Nature）邀请，针对片上激光雷达成像系统发表了重要分析与评述。该文章总结、讨论了目前用于片上激光雷达系统的关键技术，包括课题组近期提出的高速色散扫描方案，并特别针对片上集成的焦平面开关阵列技术，结合未来消费电子、智能城市对于激光雷达系统性能的重要需求，全方面分析讨论了系统的性能与表现，并提出了该技术领域的未来发展方向。 该文章主要对比分析了目前两种用于片上激光雷达的集成波束调控器件，光学相控阵和焦平面开关阵列。文章分析了光学相控阵列的工作机理，并指出了导致其难以大规模密集集成在单颗芯片上的原因。相比之下，焦平面开关阵列使用一个类似相机的光学系统，将目标物所在视场内的每个角度映射到成像透镜后焦平面的每像素上。基于焦平面开关阵列无需单独控制每个像素的相位，而是使用开关来控制每个像素的开合这一特性，文章提出该方案可在单个芯片上实现集成大阵列天线的可能性。文章进一步评论了美国加州伯克利大学Ming C. Wu课题组发表于同期《自然》（Nature）的基于MEMS的大规模焦平面开关阵列激光雷达系统的工作，对其进行了总结和评价。文章积极肯定了128*128像素的天线阵列安装在一个只有指尖大小的芯片上这一重大成果，同时强调了该激光雷达系统的70°×70°的大视场角和16,384的高成像像素的优异性能。除此之外，文章提出受益于MEMS硅光开关控制天线的快速响应时间与微小尺寸，该系统可具有0.6°的双向寻址分辨率、0.05°的光束发散角和亚兆赫兹的操作速度的随机寻址光束转向等出众性能。系统结合了调频连续波测距方法，可以实现距离分辨率为1.7cm的3D成像。文章还结合实际应用场景提出了焦平面开关阵列集成激光雷达系统横向分辨率不足的问题，并给出了通过缩小光学开关尺寸来提升性能的解决方案。最后，文章评价焦平面开关阵列可以在互补金属氧化物半导体(CMOS)代工厂大规模生产，具有很大潜力，尤其在百万像素三维激光雷达和光通信等应用前景广阔。
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  • 《突破 | 新型高分辨率激光雷达芯片》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2022-03-21
    • 近日，加州大学伯克利分校（以下简称UC Berkeley）的Ming Wu教授团队开发出一种新型高分辨率激光雷达芯片，该芯片可装载于一系列设备，大到自动驾驶汽车，小到智能手机等。研究人员利用带有MEMS（微电子机械系统）开关的焦平面开关阵列FPSA，这是一种基于半导体的天线矩阵，可以像数码相机中的传感器一样收集光线，并将16384个像素点嵌入在1 cm2大小的芯片上。 基于FPSA的固态激光雷达传感器可以进行三维电子扫描，且不依赖任何笨重的机械零件。遗憾的是，之前报道的传感器分辨率均小于512像素。与固态激光雷达相比，机械激光雷达拥有强大的激光器，能够可视化数百码远的物体（1 码 ≈ 0.9144 米），并且生成高分辨率的3D图像，而如何芯片化这种激光器已困扰了研究人员十余年。 “我们希望有一个非常大的照明区域，但这样牺牲了光线强度，激光无法照射到足够远的地方。”Ming Wu教授说，“因此，为了权衡足够的光强，我们计划减少激光照射区域。” 图1 激光雷达芯片原理图。光学天线与微型MEMS开关连接，并发射出激光。反射光由同一天线接收，并依次打开阵列开关生成3D图像。UC Berkeley的工程师使用MEMS开关显著提高了激光雷达芯片传感器的分辨率 FPSAs使用类似数码相机的光学系统，将视野中的各个角度映射到成像镜头后焦面的像素点上。不同于相机集成在像素点的测距单元不一样，FPSA中的光开关网格允许所有像素共享一个或多个测距单元。由于每个像素点仅由一个光学天线和一个开关组成，大型阵列可以集成在单个芯片上，而实际激光功率由信号通过天线的时间决定。 硅基激光雷达系统通常利用热光开关将激光从一个波导重新定向到另一波导。UC Berkeley团队选择使用MEMS开关，能够在实空间中移动激光雷达系统中波导的位置。 “这种架构非常像高速公路立交桥。”Ming Wu教授说，“想象一下，如果你是一束光，要从东边跑到西边，我们可以人为地改变地面方向，使其逆时针旋转90°，这样你就可以从北边跑到南边。” 除了比热电开关更微型、更节能的优点外，MEMS的开关速度更快，光损耗更低，大规模使用光开关的光通信网络也验证了以上优点。研究人员说，通过调研，他们的团队是在激光雷达中嵌入MEMS开关的第一人。 该团队在10×11 mm2的硅光子芯片上集成了128×128个FPSA的阵列元，一个阵列元包括一个光学天线和MEMS开关（如图2）。在实验中，研究人员利用调频连续波（FMCW）确定物体距离，实现了空间分辨率为1.7 cm的三维成像。 此外，该系统利用焦距为5 mm的复合透镜，在70°×70°的视角场中（人类双眼的水平视野约为120° - 140°），引导激光束随机向16384（128×128）个方向照射，每个像素在视场的分辨率为0.6°。并且该系统将FPSA与FMCW测距相结合，进一步实现3D成像。CMOS（互补金属氧化物半导体）技术已经用于制造计算机处理器，利用CMOS技术设计FPSA，可使像素大小扩展至百万量级。 通过激光在阵列中迅速循环，FPSA构建了环境的3D成像。而若干FPSAs排列成圆环型，使设备360°无死角地观察周围环境。 在该系统商业化生产前，Wu教授团队计划进一步提高FPSA的分辨率和射程：“虽然光学天线很难再缩小，并且微型开关是最大部件，但是我们有信心能把它们做的更小。” 目前，该系统的射程已达到10 m，还有希望继续增加。Wu教授说：“我们确信射程能达到100 m，并且通过我们不断的改进，甚至能够达到300 m。” 图2 激光雷达芯片上光学天线的扫描电子显微镜图像 通过上述改进，加上利用传统CMOS技术批量生产FPSA，降低生产成本，芯片化的激光雷达能够用于各个方面，为自动驾驶汽车、无人机、机器人以及智能手机等提供新一代低成本、节能型3D传感器。此外，需要控制光束的应用也可以考虑FPSA，如自由空间光通信（FSO）和基于离子阱的量子计算。 “看看我们如何使用‘摄像头’。”Wu教授说，“它们被嵌入到交通工具、机器人、吸尘器、监控设备、生物特征识别系统和防盗门上。若我们把激光雷达缩小到智能手机摄像头大小，它将会有更广阔的应用前景。” 近日，Ming Wu教授就任英特尔研究院新成立的集成光电研究中心的研究员，该中心便于英特尔加速数据中心互连。其中，他参与的项目“硅光子晶圆级光包装”将促进集成波导透镜的发展，该透镜有望实现光纤阵列的低损耗和高容差非接触式光学封装。
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