نظام ليدار ثلاثي الأبعاد جديد لتحسين تتبع الكائنات وقياس المسافة

نشر باحثون بقيادة سوسومو نودا من جامعة كيوتو في اليابان دراسة حول نظام ليدار ثلاثي الأبعاد غير ميكانيكي جديد. يمكن أن ي测 هذا النظام المسافة لكائنات ذات انعكاس ضعيف وتتبع حركتها تلقائيًا.

نشرت الأبحاث في Optica.

دمج المسح والتنوير الفلاشي

وفقًا لنودا، “يمكن للروبوتات والمركبات التنقل بثقة وأمان في بيئات ديناميكية دون فقدان رؤية الكائنات ذات الانعكاس الضعيف مثل السيارات المعدنية السوداء”. وأضاف أن دمج هذه التكنولوجيا في السيارات سيعزز من سلامة القيادة الآلية.

يمكن تحقيق النظام الجديد بفضل مصدر ضوئي فريد يسمى ليزر فوتوني-بلوري مزدوج التضمين (DM-PCSEL). يدمج DM-PCSEL مسحًا إلكترونيًا غير ميكانيكيًا مع تنوير فلاشي يستخدم في ليدار الفلاش لاكتساب صورة ثلاثية الأبعاد كاملة مع ومضة ضوئية واحدة. هذا المصدر الضوئي قائم على الشريحة ويمكن أن يسمح في النهاية بتطوير نظام ليدار ثلاثي الأبعاد صلب الحالة على الشريحة.

أنظمة ليدار تخطط الكائنات من خلال توجيهها بأشعة ليزر وقياس مسافة هذه الكائنات عن طريق قياس وقت رحلة (ToF) للأشعة. تعتمد معظم أنظمة ليدار الحالية والقيد التطوير على أجزاء متحركة، مما يجعلها ثقيلة وغالية وغير موثوقة. أنظمة ليدار الفلاش، من ناحية أخرى، تستخدم شعاعًا واحدًا واسعًا ومتناثرًا للتنوير والتقدير المتزامن للمسافات لجميع الكائنات في مجال الرؤية. ومع ذلك، لا يمكن لأنظمة ليدار الفلاش قياس مسافات الكائنات ذات الانعكاس الضعيف وتكون عادة كبيرة بسبب العدسات والعناصر البصرية الخارجية المطلوبة لإنشاء شعاع الفلاش.

تطوير مصدر الضوء الجديد

للتغلب على هذه القيود، طور الباحثون مصدر الضوء DM-PCSEL، الذي يمتلك كلا القدرتين على التنوير الفلاشي ومسح الشعاع. دمج الباحثون هذا المصدر الضوئي في نظام ليدار ثلاثي الأبعاد، مما يسمح بقياس متزامن للعديد من الكائنات مع تنوير فلاشي واسع وتنوير كائنات ذات انعكاس ضعيف بشعاع ضوئي أكثر تركيزًا. كما قاموا بتثبيت كاميرا ToF وتطوير برنامج لتحديد تتبع حركة الكائنات ذات الانعكاس الضعيف باستخدام تنوير مسح الشعاع.

قال نودا: “يسمح نظام ليدار ثلاثي الأبعاد القائم على DM-PCSEL لنا بقياس المسافة لكائنات انعكاس عالية وضعة بشكل متزامن”. “تم تجميع الليزرات وكاميرا ToF وجميع المكونات الضرورية لتشغيل النظام بطريقة مدمجة، مما أدى إلى حجم نظام إجمالي أصغر من بطاقة الأعمال”.

أثبت الباحثون النظام عن طريق استخدامه لقياس مسافات كائنات ذات انعكاس ضعيف موضوعة على طاولة في مختبر. كما أظهروا أن النظام يمكنه التعرف على تتبع حركة هذه الكائنات.现在، يبحث الباحثون في إمكانات النظام في التطبيقات العملية، مثل حركة الروبوتات والمركبات بشكل مستقل، ويدرسون إمكانية استبدال كاميرا ToF بمصفوفة ديود фотوني وحيد الفوتون أكثر حساسية ضوئيًا لقياسات المسافة على مسافات أطول.