Ny 3D Lidar-system til forbedret objekttælling og afstandsmåling

Forskere ledet af Susumu Noda fra Kyoto Universitet i Japan har offentliggjort en studie om deres nye ikke-mekaniske 3D lidar-system. Systemet kan være i håndfladen og kan måle afstanden til dårligt reflekterende objekter og automatisk spore deres bevægelse.

Forskningen blev offentliggjort i Optica.

Kombination af scanning og flashbelysning

Ifølge Noda “Med vores lidar-system vil robotter og køretøjer være i stand til pålideligt og sikkert at navigere i dynamiske miljøer uden at miste sight af dårligt reflekterende objekter, såsom sorte metalbiler.” Han tilføjede, at integrationen af teknologien i biler ville gøre selvstændig kørsel sikrere.

Det nye system er muligt takket være en unik lyskilde kaldet en dobbelt moduleret fotonisk-kristallaser (DM-PCSEL). DM-PCSEL integrerer ikke-mekanisk, elektronisk styret strålescanning med flashbelysning, der bruges i flash lidar til at opnå en fuld 3D-billede med ét lysglimt. Denne lyskilde er chip-baseret og kunne muligvis enable udviklingen af et på-chip all-solid-state 3D lidar-system.

Lidar-systemer kortlægger objekter ved at belyse dem med laserstråler og beregne afstanden til disse objekter ved at måle flyvetiden (ToF) for strålerne. De fleste eksisterende og under udvikling lidar-systemer afhænger af flytbarde dele, hvilket gør dem bulke, dyre og upålidelige. Flash lidar-systemer bruger derimod en enkelt bred og diffus stråle til at belyse og evaluere afstanden til alle objekter i sigte samtidigt. Men flash lidar-systemer kan ikke måle afstanden til dårligt reflekterende objekter og har tendens til at være store på grund af de eksterne linser og optiske elementer, der kræves for at skabe flash-strålen.

Udvikling af den nye lyskilde

For at overvinde disse begrænsninger udviklede forskerne DM-PCSEL-lyskilden, der har både flashbelysning og strålescanningsevner. Forskerne integrerede denne lyskilde i et 3D lidar-system, der tillader samtidig måling af mange objekter med bred flashbelysning og selektiv belysning af dårligt reflekterende objekter med en mere koncentreret stråle af lys. De installerede også en ToF-kamera og udviklede software til automatisk sporing af bevægelsen af dårligt reflekterende objekter med strålescanningbelysning.

“Vores DM-PCSEL-baserede 3D lidar-system tillader os at måle højt reflekterende og dårligt reflekterende objekter samtidigt,” sagde Noda. “Lasere, ToF-kamera og alle associerede komponenter, der kræves for at operere systemet, blev samlet på en kompakt måde, hvilket resulterede i et totalt system, der er mindre end en forretningskort.”

Forskerne demonstrerede systemet ved at bruge det til at måle afstanden til dårligt reflekterende objekter placeret på et bord i et laboratorium. De viste også, at systemet kan genkende og spore bevægelsen af disse objekter. Forskerne er nu ved at udforske potentialet for systemet i praktiske anvendelser, såsom selvstændig bevægelse af robotter og køretøjer, og de undersøger muligheden for at erstatte ToF-kameraet med en mere optisk følsom enkelt-foton-avalanche-photodiode-array for længere afstandsmålinger.