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Forschungsteam entwickelt neues Lidar-System, das die Sicherheit des autonomen Fahrens verbessern könnte
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Ein Team von Forschern unter der Leitung von Susumu Noda von der Kyoto-Universität in Japan hat ihr neues nicht-mechanisches 3D-Lidar-System in Optica beschrieben. Das neue System kann in der Hand gehalten werden und kann verwendet werden, um die Entfernung von schlecht reflektierenden Objekten zu messen und ihre Bewegung automatisch zu verfolgen.
“Mit unserem Lidar-System können Roboter und Fahrzeuge dynamische Umgebungen zuverlässig und sicher navigieren, ohne den Blick von schlecht reflektierenden Objekten wie schwarzen metallischen Autos zu verlieren”, sagt Noda. „Die Integration dieser Technologie in Fahrzeuge würde das autonome Fahren sicherer machen.”
Die Forscher haben ein einzigartiges Chip-basiertes Lichtquellen-System namens dually modulierter photonischer Kristall-Laser (DM-PCSEL) entwickelt, das es ermöglicht, das neue System zu erstellen. Diese Entwicklung könnte letztendlich zur Erstellung eines auf einem Chip basierenden, vollständig festen 3D-Lidar-Systems führen.
“Der DM-PCSEL integriert nicht-mechanische, elektronisch gesteuerte Strahlscanning mit Flash-Beleuchtung, die in Flash-Lidar verwendet wird, um ein vollständiges 3D-Bild mit einem einzigen Lichtblitz zu erhalten”, sagt Noda. “Diese einzigartige Quelle ermöglicht es uns, sowohl Flash- als auch Scanning-Beleuchtung ohne bewegliche Teile oder aufwändige externe optische Elemente wie Linsen und diffraktive optische Elemente zu erreichen.”
Kombination von Scanning und Flash-Beleuchtung
Lidar-Systeme verwenden Laserstrahlen, um Objekte zu beleuchten und ihre Entfernung durch Messung der Zeit zu berechnen, die sie benötigen, um zurückzukehren (ToF). Die meisten Lidar-Systeme, die derzeit verwendet werden und entwickelt werden, basieren jedoch auf beweglichen Teilen wie Motoren, um den Laserstrahl zu scannen, was sie sperrig, teuer und unzuverlässig macht.
Flash-Lidar ist ein nicht-mechanischer Ansatz, der einen einzelnen breiten, diffusen Lichtstrahl verwendet, um die Entfernungen aller Objekte im Sichtfeld zu beleuchten und zu bewerten. Allerdings können Flash-Lidar-Systeme die Entfernungen von schlecht reflektierenden Objekten wie schwarzen metallischen Autos aufgrund ihrer geringen Reflexion nicht messen. Darüber hinaus sind externe Linsen und optische Elemente erforderlich, um den Flash-Strahl zu erstellen, was diese Systeme groß macht.
Die Forscher haben die DM-PCSEL-Lichtquelle entwickelt, um diese Einschränkungen zu überwinden. Die Lichtquelle umfasst eine Flash-Quelle, die ein breites 30°×30°-Sichtfeld beleuchten kann, und eine Strahl-Scanning-Quelle, die eine punktuelle Beleuchtung mit 100 schmalen Laserstrahlen bietet.
Die Forscher haben die DM-PCSEL in ein 3D-Lidar-System integriert, das es ihnen ermöglichte, die Entfernungen mehrerer Objekte gleichzeitig mithilfe einer breiten Flash-Beleuchtung zu messen, während sie schlecht reflektierende Objekte mit einem konzentrierteren Lichtstrahl beleuchteten. Um EntfernungsMessungen und automatische Verfolgung der Bewegung von schlecht reflektierenden Objekten durchzuführen, installierten die Forscher eine ToF-Kamera und entwickelten Software, die die Strahl-Scanning-Beleuchtung verwendet.
Messung der Entfernung von schlecht reflektierenden Objekten
“Unser DM-PCSEL-basiertes 3D-Lidar-System ermöglicht es uns, hoch reflektierende und schlecht reflektierende Objekte gleichzeitig zu messen”, sagt Noda. “Die Laser, die ToF-Kamera und alle erforderlichen Komponenten, um das System zu betreiben, wurden kompakt zusammengebaut, was zu einem Gesamtsystem-Fußabdruck führte, der kleiner ist als eine Visitenkarte.”
Die Forscher demonstrierten das neue System, indem sie es verwendeten, um die Entfernungen von schlecht reflektierenden Objekten zu messen, die auf einem Tisch in einem Labor platziert wurden. Sie konnten auch demonstrieren, dass das System schlecht reflektierende Objekte automatisch erkennen und ihre Bewegung durch selektive Beleuchtung verfolgen kann.
Das Team wird nun versuchen, das System in praktischen Anwendungen wie der autonomen Bewegung von Robotern und Fahrzeugen zu demonstrieren.
