Нова 3D лидарна система за подобрено проследяване на обекти и измерване на разстояние

Изследователи, ръководени от Сусуму Нода от университета в Киото в Япония, публикуваха проучване за тяхната нова немеханична 3D лидарна система. Системата се побира в дланта на ръката и е способна да измерва разстоянието до слабо отразяващи обекти и автоматично да проследява движението им.

Изследването е публикувано в Оптика.

Комбиниране на сканиране и светкавица

Според Нода, „С нашата лидарна система роботите и превозните средства ще могат надеждно и безопасно да навигират в динамични среди, без да изпускат от поглед слабо отразяващи обекти като черни метални коли.“ Той добави, че включването на технологията в автомобилите ще направи автономното шофиране по-безопасно.

Новата система е възможна благодарение на уникален източник на светлина, наречен двойно модулиран фотонно-кристален лазер (DM-PCSEL). DM-PCSEL интегрира немеханично, електронно контролирано сканиране на лъч със светкавично осветление, използвано във флаш лидар, за получаване на пълно 3D изображение с една светкавица. Този източник на светлина е базиран на чип и евентуално би могъл да даде възможност за разработване на изцяло твърдотелна 3D лидарна система върху чип.

Лидарните системи картографират обекти, като ги осветяват с лазерни лъчи и изчисляват разстоянието до тези обекти чрез измерване на времето на полет (ToF) на лъчите. Повечето съществуващи и недостатъчно разработени лидарни системи разчитат на движещи се части, което ги прави обемисти, скъпи и ненадеждни. Флаш лидарните системи, от друга страна, използват един широк и дифузен лъч светлина за едновременно осветяване и оценка на разстоянията на всички видими обекти. Въпреки това светкавичните лидарни системи не могат да измерват разстоянията на слабо отразяващи обекти и обикновено са големи поради външните лещи и оптични елементи, необходими за създаване на светкавичен лъч.

Разработване на новия източник на светлина

За да преодолеят тези ограничения, изследователите разработиха източника на светлина DM-PCSEL, който има както светкавица, така и възможности за сканиране на лъчи. Изследователите са включили този източник на светлина в 3D лидарна система, което позволява едновременно измерване на много обекти с широко светкавично осветление и селективно осветяване на слабо отразяващи обекти с по-концентриран лъч светлина. Те също така инсталираха ToF камера и разработиха софтуер за автоматично проследяване на движението на слабо отразяващи обекти, използвайки осветление със сканиращ лъч.

„Нашата 3D лидарна система, базирана на DM-PCSEL, ни позволява да обхванем силно отразяващи и слабо отразяващи обекти едновременно“, каза Нода. „Лазерите, ToF камерата и всички свързани компоненти, необходими за работата на системата, бяха сглобени по компактен начин, което доведе до общ отпечатък на системата, който е по-малък от визитна картичка.“

Изследователите демонстрираха системата, като я използваха за измерване на разстоянията на слабо отразяващи обекти, поставени на маса в лаборатория. Те също така показаха, че системата може да разпознава и проследява движението на тези обекти. Сега изследователите изследват потенциала на системата в практически приложения, като автономно движение на роботи и превозни средства, и проучват възможността за замяна на ToF камерата с по-оптично чувствителен еднофотонен лавинен фотодиоден масив за измервания на по-големи разстояния .