فريق يصنع نظام ليدار جديد يمكن أن يحسن سلامة القيادة الآلية

فريق من المحققين بقيادة سوسومو نودا من جامعة كيوتو في اليابان وصف نظام ليدار ثلاثي الأبعاد غير ميكانيكي جديد في Optica. يمكن أن يناسب النظام في كف اليد ويمكن استخدامه لقياس مسافة الأجسام ذات الانعكاس الضعيف وتتبع حركتها تلقائيًا.

“باستخدام نظام ليدارنا ، سوف يكون能够 للروبوتات والمركبات التنقل بثقة وأمان في البيئات الديناميكية دون فقدان الرؤية للأجسام ذات الانعكاس الضعيف مثل السيارات المعدنية السوداء” ، يقول نودا. “تضمين هذه التقنية في السيارات ، على سبيل المثال ، سوف يجعل القيادة الآلية أكثر أمانًا.”

بفضل تطوير الباحثين لمصدر ضوء فريد يسمى ليزر фотوني-مكثف مزدوج التضمين (DM-PCSEL) ، تمكن من إمكانية النظام الجديد. قد يؤدي هذا التطور في النهاية إلى إنشاء نظام ليدار ثلاثي الأبعاد على الشريحة ، وكامل الحالة الصلبة.

“يدمج DM-PCSEL مسح الإشعة اللاسلكية غير الميكانيكية والخاضعة للسيطرة الإلكترونية مع التألق الومضي المستخدم في ليدار الومضي لاكتساب صورة ثلاثية الأبعاد كاملة مع ومضة واحدة من الضوء” ، يقول نودا. “يسمح لنا هذا المصدر الفريد بالحصول على كل من التألق الومضي ومسح الإشعة دون أي أجزاء متحركة أو عناصر بصرية外ية ضخمة ، مثل العدسات والعناصر البصرية اللاهوائية.”

مزيج المسح والتألق الومضي

أنظمة ليدار تستخدم أشرطة ليزر لتحديد الأجسام و حساب المسافة من خلال قياس الوقت الذي تستغرقه الأشرطة للسفر والانعكاس والعودة (ToF). ومع ذلك ، تعتمد معظم أنظمة ليدار الحالية والقيد التطوير على أجزاء متحركة مثل المحركات لمسح شعاع الليزر ، مما يجعلها ضخمة وغالية وغير موثوقة.

ليدار الومضي هو نهج غير ميكانيكي يستخدم شعاعًا واحدًا واسعًا ومتفككًا من الضوء لتحديد وقياس مسافات جميع الأجسام في مجال الرؤية. ومع ذلك ، لا تستطيع أنظمة ليدار الومضي قياس مسافات الأجسام ذات الانعكاس الضعيف مثل السيارات المعدنية السوداء بسبب انعكاسها الضعيف. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب عناصر بصرية خارجية مثل العدسات لإنشاء شعاع الومضي ، مما يجعل هذه الأنظمة كبيرة.

طور الباحثون مصدر الضوء DM-PCSEL للتغلب على هذه القيود. يتضمن مصدر الضوء مصدرًا للومض يمكن أن يضيء حقل رؤية واسع 30°×30° ومصدر مسح الإشعة الذي يوفر تضيء النقطة مع 100 شعاع ليزر ضيق.

دمج الباحثون DM-PCSEL في نظام ليدار ثلاثي الأبعاد ، مما مكنهم من قياس مسافات عدة أجسام في نفس الوقت باستخدام التألق الومضي الواسع مع تضيء الأجسام ذات الانعكاس الضعيف بشعاع ضوء أكثر تركيزًا. لأداء قياسات المسافة وتتبع حركة الأجسام ذات الانعكاس الضعيف تلقائيًا ، قام الباحثون بتثبيت كاميرا ToF وطوروا برنامجًا ي’utilze مسح الإشعة.

قياس مسافة الأجسام ذات الانعكاس الضعيف

“يسمح لنا نظام ليدار ثلاثي الأبعاد المبني على DM-PCSEL بقياس الأجسام ذات الانعكاس العالي والضعيف في نفس الوقت” ، يقول نودا. “تم تجميع الليزرات وكاميرا ToF وجميع المكونات المرتبطة بالعمل مع النظام بطريقة مدمجة ، مما أدى إلى حصول نظام كامل بأصغر مساحة من بطاقة العمل.”

أثبت الباحثون النظام الجديد من خلال استخدامه لقياس مسافات الأجسام ذات الانعكاس الضعيف التي وضعت على طاولة في مختبر. كما تمكنوا من إثبات أن النظام يمكنه التعرف تلقائيًا على الأجسام ذات الانعكاس الضعيف وتتبع حركتها من خلال التألق الانتقائي.

سوف يبحث الفريق الآن في إثبات النظام في التطبيقات العملية مثل الحركة الآلية للروبوتات والمركبات.