Νέα 3D Λίδαρ Συστήματος για Βελτιωμένη Ανίχνευση Αντικειμένων και Μέτρηση Απόστασης

Ερευνητές υπό την ηγεσία του Susumu Noda από το Πανεπιστήμιο του Κιότο στην Ιαπωνία έχουν δημοσιεύσει μια μελέτη για το νέο μη μηχανικό σύστημα 3D λίδαρ. Το σύστημα χωράει στο παλάτι του χεριού και είναι ικανό να μετράει την απόσταση των κακώς ανακλωμένων αντικειμένων και να τις ακολουθεί αυτόματα.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Optica.

Συνδυασμός Σκάνερ και Φλας Φωτισμού

Σύμφωνα με τον Noda, “Με το σύστημα λίδαρ μας, τα ρομπότ και τα οχήματα θα μπορέσουν να πλοηγηθούν με ασφάλεια και να μην χάσουν την όραση τους από τα κακώς ανακλωμένα αντικείμενα, όπως τα μαύρα μεταλλικά αυτοκίνητα.” Πρόσθεσε ότι η ενσωμάτωση της τεχνολογίας στα αυτοκίνητα θα κάνει την αυτόνομη οδήγηση ασφαλέστερη.

Το νέο σύστημα είναι δυνατό χάρη σε μια μοναδική πηγή φωτός που ονομάζεται φωτονικό κρυσταλλικό λέιζερ με διπλή τροποποίηση (DM-PCSEL). Το DM-PCSEL ενσωματώνει μη μηχανική, ηλεκτρονικά ελεγχόμενη σάρωση δέσμης με φωτισμό φλας που χρησιμοποιείται στο λίδαρ φλας για την απόκτηση μιας πλήρης 3D εικόνας με μια seule φλας φωτός. Αυτή η πηγή φωτός είναι βασισμένη σε chíπ και θα μπορούσε τελικά να επιτρέψει την ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου συστήματος λίδαρ 3D σε chíπ.

Τα συστήματα λίδαρ χαρτογραφούν τα αντικείμενα φωτίζοντάς τα με δέσμες λέιζερ και υπολογίζοντας την απόσταση των αντικειμένων με μετρούν την ώρα πτήσης (ToF) των δέσμων. Τα περισσότερα υπάρχοντα και υπό ανάπτυξη συστήματα λίδαρ βασίζονται σε κινούμενα μέρη, καθιστώντας τα βαρέα, ακριβά και αξιόπιστα. Τα συστήματα λίδαρ φλας, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιούν μια seule ευρεία και διασκορπισμένη δέσμη φωτός για να φωτίσουν και να αξιολογήσουν τις αποστάσεις όλων των αντικειμένων στην όραση. Ωστόσο, τα συστήματα λίδαρ φλας δεν μπορούν να μετρήσουν τις αποστάσεις των κακώς ανακλωμένων αντικειμένων και έχουν την τάση να είναι μεγάλα λόγω των εξωτερικών φακών και οπτικών στοιχείων που απαιτούνται για τη δημιουργία της δέσμης φλας.

Ανάπτυξη της Νέας Πηγής Φωτός

Για να υπερβούν αυτές τις περιορισμούς, οι ερευνητές ανέπτυξαν την πηγή φωτός DM-PCSEL, η οποία έχει τόσο φωτισμό φλας όσο και ικανότητες σάρωσης δέσμης. Οι ερευνητές ενσωμάτωσαν αυτή την πηγή φωτός σε ένα σύστημα λίδαρ 3D, επιτρέποντας τη συγχρόνιστη μέτρηση πολλών αντικειμένων με ευρεία φωτισμό φλας και την επιλεκτική φωτισμό των κακώς ανακλωμένων αντικειμένων με μια πιο συγκεντρωμένη δέσμη φωτός. Επίσης, εγκατέστησαν μια κάμερα ToF και ανέπτυξαν λογισμικό για την αυτόματη παρακολούθηση της κίνησης των κακώς ανακλωμένων αντικειμένων με τη χρήση φωτισμού σάρωσης δέσμης.

“Το σύστημα λίδαρ μας με βάση το DM-PCSEL μας επιτρέπει να μετράμε τα高度 ανακλωμένα και κακώς ανακλωμένα αντικείμενα ταυτόχρονα,” είπε ο Noda. “Τα λέιζερ, η κάμερα ToF και όλα τα συστατικά που απαιτούνται για τη λειτουργία του συστήματος συναρμολογήθηκαν με συμπαγή τρόπο, με αποτέλεσμα το σύνολο του συστήματος να έχει μικρότερη επιφάνεια από μια επιχειρηματική κάρτα.”

Οι ερευνητές επέδειξαν το σύστημα χρησιμοποιώντας το για να μετρήσει τις αποστάσεις των κακώς ανακλωμένων αντικειμένων που τοποθετήθηκαν σε ένα τραπέζι σε ένα εργαστήριο. Επίσης, έδειξαν ότι το σύστημα μπορεί να αναγνωρίσει και να παρακολουθήσει την κίνηση αυτών των αντικειμένων. Οι ερευνητές τώρα εξερευνούν το δυναμικό του συστήματος σε πρακτικές εφαρμογές, όπως η αυτόνομη κίνηση ρομπότ και οχημάτων, και διερευνούν την πιθανότητα αντικατάστασης της κάμερας ToF με μια πιο οπτικά ευαίσθητη σειρά φωτοδιόδων για μεγαλύτερες αποστάσεις μέτρησης.