一、 研究介绍

近日，四川大学机械工程学院MEMS团队在高精度MEMS激光雷达（LiDAR）扫描技术领域取得重要进展，提出了一种创新的相位调制（PM）策略，成功实现了使用单一谐振镜进行感兴趣区域（ROI）的动态可变密度扫描。该成果以“Variable-density scanning strategy and ROI density analysis for high-precision MEMS LiDAR”为题，发表于光学知名期刊《Applied Optics》（川大D刊，IF= 1.7）。论文第一作者为张誉瀚（2022级本科生），第二作者为赵子祺（2022级本科生），第三作者为郭翔（2023级博士研究生），通讯作者为夏园林副研究员和王竹卿教授。

二、 研究内容

传统LS技术采用固定的频率比，导致其点云密度分布均匀，无法根据场景需求灵活调整。这造成了关键区域（ROI）扫描稀疏、分辨率不足，而非关键区域却数据冗余的问题，限制了其在高效、高精度感知任务中的应用。为解决这一瓶颈，研究团队摒弃了通过增加硬件复杂度的传统思路，提出了一种基于相位调制（PM）的动态自适应可变密度扫描策略，旨在实现“精准增强、全局优化”的扫描效果。

图1 多模态变密度扫描示意图

研究团队设计了一套完整的相位调制函数参数化设计与优化流程，并据此实现了三种典型的ROI扫描模式（如中心聚焦的ROI-1、四边对称的ROI-2及对角线增强的ROI-3），可覆盖九宫格区域内的任意目标区域，实现了从“均匀扫描”到“按需扫描”的跨越。

图2 核密度估计与最小角度间距计算

为精确评估扫描性能，团队采用了核密度估计（KDE） 对点云分布进行量化，结果显示在ROI区域内的峰值密度达到10.3596。此外，团队还提出了一种创新的 “最小角度分离方法（MASM）” 用于精确评估ROI内的角分辨率。经测算，该方法相较于传统方法，能将ROI内的角度分离度最高降低68.26%，意味着分辨能力的大幅提升。

图3 实验系统搭建与实际扫描结果采样

在图像采样与重建实验中，以工业部件图像为目标，ROI-1模式成功恢复了图像中心区域的绝大部分信息，其局部扫描密度比传统LS模式提升了75.52%。团队进一步搭建了基于STM32微控制器和谐振镜的实验系统，并将该系统集成于移动机器人平台进行实物扫描验证。实验结果与理论仿真高度吻合，不同扫描模式之间可实现无缝、无干扰的快速切换，充分证明了该策略的实用性、高精度与鲁棒性。

三、 结论与展望

这项研究工作为下一代高精度、高效率激光雷达系统的设计提供了新的技术路径和理论基础。未来，团队将致力于进一步优化算法，提升系统的实时响应能力，并探索该技术在自动驾驶、精密工业检测以及智能机器人等动态复杂场景中的广泛应用。