Nová 3D lidarová soustava pro zlepšení sledování objektů a měření vzdálenosti

Vědci vedeni Susumem Nodou z Kyotské univerzity v Japonsku zveřejnili studii o své nové neomechanické 3D lidarové soustavě. Systém se vejde do dlaně a je schopen měřit vzdálenost špatně odrážejících objektů a automaticky sledovat jejich pohyb.

Výzkum byl zveřejněn v Optice.

Kombinace skenování a bleskového osvětlení

Podle Nody “Naším lidarovým systémem budou moci roboty a vozidla spolehlivě a bezpečně navigovat v dynamických prostředích bez ztráty špatně odrážejících objektů, jako jsou černé kovové auta.” Přidal, že začlenění technologie do aut bude dělat autonomní řízení bezpečnější.

Nový systém je umožněn unikátním světelným zdrojem nazývaným dually modulovaným fotonickým krystalovým laserem (DM-PCSEL). DM-PCSEL integruje neomechanické, elektronicky řízené skenování paprsku s bleskovým osvětlením používaným v bleskovém lidaru pro získání plného 3D obrazu s jedním bleskem světla. Tento světelný zdroj je založen na čipu a mohl by nakonec umožnit vývoj kompletního pevného stavu 3D lidarového systému na čipu.

Lidarové systémy mapují objekty osvětlují je laserovými paprsky a počítají vzdálenost těchto objektů měřením času letu (ToF) paprsků. Většina stávajících a vyvíjených lidarových systémů spoléhá na pohyblivé části, což je činí objemnými, drahými a nespolehlivými. Bleskové lidarové systémy, na druhé straně, používají jeden široký a difuzní paprsek světla pro současně osvětlit a vyhodnotit vzdálenosti všech objektů v zorném poli. Nicméně, bleskové lidarové systémy nemohou měřit vzdálenosti špatně odrážejících objektů a tendují být velké kvůli externím čočkám a optickým prvkům vyžadovaným pro vytvoření bleskového paprsku.

Vývoj nového světelného zdroje

Aby překonali tyto omezení, vědci vyvinuli světelný zdroj DM-PCSEL, který má jak bleskové osvětlení, tak schopnosti skenování paprsku. Vědci začlenili tento světelný zdroj do 3D lidarového systému, což umožňuje současně měřit mnoho objektů se širokým bleskovým osvětlením a selektivním osvětlením špatně odrážejících objektů s více koncentrovaným paprskem světla. Také nainstalovali kameru ToF a vyvinuli software pro automatické sledování pohybu špatně odrážejících objektů pomocí skenování paprsku.

“Naše DM-PCSEL založená 3D lidarová soustava umožňuje nám měřit vysoce odrážející a špatně odrážející objekty současně,” řekl Noda. “Lasery, kamera ToF a všechny přidružené součásti vyžadované pro provoz systému byly sestaveny kompaktně, což vedlo k celkové stopě systému, která je menší než obchodní karta.”

Vědci demonstrovali systém použitím ho pro měření vzdálenosti špatně odrážejících objektů umístěných na stole v laboratoři. Také ukázali, že systém může rozpoznat a sledovat pohyb těchto objektů. Vědci nyní zkoumají potenciál systému v praktických aplikacích, jako je autonomní pohyb robotů a vozidel, a zkoumají možnost nahradit kameru ToF více opticky citlivou jednopixelovou fotodiodovou polohovou maticí pro delší měření vzdálenosti.