Team skaber nyt Lidar-system, der kunne forbedre den autonome køresikkerhed

Et team af efterforskere ledet af Susumu Noda fra Kyoto Universitet i Japan har beskrevet deres nye ikke-mekaniske 3D lidar-system i Optica. Det nye system kan passe ind i håndfladen og kan bruges til at måle afstanden af ​​dårligt reflekterende genstande og automatisk spore genstandenes bevægelse.

"Med vores lidar-system vil robotter og køretøjer være i stand til pålideligt og sikkert at navigere i dynamiske miljøer uden at miste synet af dårligt reflekterede objekter såsom sorte metalliske biler," siger Noda. "At inkorporere denne teknologi i biler, for eksempel, ville gøre autonom kørsel mere sikker."

Takket være forskernes udvikling af en unik chip-baseret lyskilde kaldet en dobbeltmoduleret fotonisk-krystallaser (DM-PCSEL), blev det nye system gjort muligt. Denne fremgang kan i sidste ende føre til skabelsen af ​​et on-chip, all-solid-state 3D lidar-system.

"DM-PCSEL integrerer ikke-mekanisk, elektronisk styret strålescanning med flashbelysning, der bruges i flash lidar for at opnå et fuldt 3D-billede med et enkelt lysglimt," siger Noda. "Denne unikke kilde giver os mulighed for at opnå både flash- og scanningsbelysning uden bevægelige dele eller omfangsrige eksterne optiske elementer, såsom linser og diffraktive optiske elementer."

Kombinationen af ​​scanning og flashbelysning

Lidar-systemer bruger laserstråler til at belyse objekter og beregne deres afstand ved at måle den tid, det tager for strålerne at rejse, reflektere og returnere (ToF). Men de fleste lidar-systemer, der i øjeblikket er i brug og under udvikling, er afhængige af bevægelige dele såsom motorer til at scanne laserstrålen, hvilket gør dem voluminøse, dyre og upålidelige.

Flash lidar er en ikke-mekanisk tilgang, der bruger en enkelt bred, diffus lysstråle til at belyse og evaluere afstandene for alle objekter i synsfeltet. Flash lidar-systemer er dog ude af stand til at måle afstandene til dårligt reflekterende genstande såsom sorte metalliske biler på grund af deres lave reflektionsevne. Ydermere kræves eksterne linser og optiske elementer for at skabe flashstrålen, hvilket gør disse systemer store.

Forskerne udviklede DM-PCSEL lyskilden for at overvinde disse begrænsninger. Lyskilden inkluderer en blitzkilde, der kan belyse et bredt 30°×30° synsfelt og en strålescanningskilde, der giver punktbelysning med 100 smalle laserstråler.

Forskerne integrerede DM-PCSEL i et 3D lidar-system, som gjorde det muligt for dem at måle afstanden mellem flere objekter samtidigt ved hjælp af bred flashbelysning, mens de selektivt belyste dårligt reflekterende objekter med en mere koncentreret lysstråle. For at udføre afstandsmålinger og automatisk sporing af bevægelsen af ​​dårligt reflekterende objekter installerede forskerne et ToF-kamera og udviklede software, der bruger strålescanningsbelysning.

Måling af afstanden mellem dårligt reflekterende objekter

"Vores DM-PCSEL-baserede 3D lidar-system giver os mulighed for at variere meget reflekterende og dårligt reflekterende objekter samtidigt," siger Noda. "Laserne, ToF-kameraet og alle tilknyttede komponenter, der var nødvendige for at betjene systemet, blev samlet på en kompakt måde, hvilket resulterede i et samlet systemfodaftryk, der er mindre end et visitkort."

Forskerne demonstrerede det nye system ved at bruge det til at måle afstandene af dårligt reflekterende genstande, der blev placeret på et bord i et laboratorium. De var også i stand til at demonstrere, at systemet automatisk kunne genkende dårligt reflekterende objekter og spore deres bevægelser gennem selektiv belysning.

Holdet vil nu prøve at demonstrere systemet i praktiske applikationer som autonom bevægelse af robotter og køretøjer.