Tým vytvořil nový lidarový systém, který by mohl zlepšit bezpečnost autonomního řízení

Tým výzkumníků vedený Susumu Nodou z Kyoto University v Japonsku popsal svůj nový nemechanický 3D lidarový systém v Optice. Tento nový systém se vejde do dlaně a může být použit pro měření vzdálenosti špatně odrážejících objektů a automatické sledování pohybu těchto objektů.

“Naším lidarovým systémem budou moci roboti a vozidla spolehlivě a bezpečně navigovat v dynamických prostředích, aniž by ztratila přehled o špatně odrážejících objektech, jako jsou černá auta s kovovou karoserií,” říká Noda. “Implementace této technologie do aut, například, by učinila autonomní řízení bezpečnějším.”

Díky vývoji unikátního světelného zdroje na čipu, dvojitě modulovaného laseru s fotonickým krystalem (DM-PCSEL), byl vytvořen nový systém. Tento pokrok by mohl nakonec vést k vytvoření na čipu umístěného, 3D lidarového systému zcela bez pohyblivých součástí.

“DM-PCSEL integruje nemechanické, elektronicky řízené skenování paprsku se světlem blesku, používaným v bleskovém lidaru, pro získání plného 3D obrazu jedním bleskem světla,” říká Noda. “Tento unikátní zdroj nám umožňuje dosáhnout obou bleskových a skenovacích osvětlení bez pohyblivých částí nebo objemných externích optických prvků, jako jsou čočky a difrakční optické prvky.”

Kombinace skenování a bleskového osvětlení

Lidarové systémy používají laserové paprsky k osvětlení objektů a výpočtu jejich vzdálenosti měřením času, který potřebují k cestě, odrazu a návratu (ToF). Avšak většina v současnosti používaných a vyvíjených lidarových systémů spoléhá na pohyblivé části, jako jsou motory, pro skenování laserového paprsku, což je činí objemnými, drahými a nespolehlivými.

Bleskový lidar je nemechanický přístup, který používá jeden široký, difuzní paprsek světla k osvětlení a hodnocení vzdáleností všech objektů v zorném poli. Avšak bleskové lidarové systémy nejsou schopny měřit vzdálenosti špatně odrážejících objektů, jako jsou černá auta s kovovou karoserií, kvůli jejich nízké odráživosti. Kromě toho jsou vyžadovány externí čočky a optické prvky pro vytvoření bleskového paprsku, což činí tyto systémy velké.

Výzkumníci vyvinuli světelný zdroj DM-PCSEL, aby překonali tyto omezení. Světelný zdroj zahrnuje bleskový zdroj, který může osvětlit široké zorné pole 30°×30°, a zdroj skenování paprsku, který poskytuje bodové osvětlení se 100 úzkými laserovými paprsky.

Výzkumníci integrovali DM-PCSEL do 3D lidarového systému, což jim umožnilo měřit vzdálenosti více objektů současně pomocí širokého bleskového osvětlení, zatímco selektivně osvětlují špatně odrážející objekty více koncentrovaným paprskem světla. Pro provedení měření vzdálenosti a automatického sledování pohybu špatně odrážejících objektů výzkumníci nainstalovali kameru ToF a vyvinuli software, který používá osvětlení se skenováním paprsku.

Měření vzdálenosti špatně odrážejících objektů

“Našim DM-PCSEL založeným 3D lidarovým systémem můžeme měřit vzdálenosti vysoce odrážejících a špatně odrážejících objektů současně,” říká Noda. “Lasery, kamera ToF a všechny související komponenty potřebné pro provoz systému byly sestaveny kompaktně, což vedlo k celkovému půdorysu systému menšímu než vizitka.”

Výzkumníci demonstrovali nový systém pomocí něj pro měření vzdálenosti špatně odrážejících objektů, které byly umístěny na stole v laboratoři. Byli také schopni demonstrovat, že systém může automaticky rozpoznat špatně odrážející objekty a sledovat jejich pohyb pomocí selektivního osvětlení.

Tým se nyní bude snažit demonstrovat systém v praktických aplikacích, jako je autonomní pohyb robotů a vozidel.