Nuevo sistema de lidar 3D para una mejor detección de objetos y medición de distancia

Investigadores liderados por Susumu Noda de la Universidad de Kioto en Japón han publicado un estudio sobre su nuevo sistema de lidar 3D no mecánico. El sistema cabe en la palma de la mano y es capaz de medir la distancia de objetos con poca reflectividad y rastrear automáticamente su movimiento.

La investigación se publicó en Optica.

Combinando exploración y iluminación por flash

Según Noda, “Con nuestro sistema de lidar, los robots y vehículos podrán navegar de manera confiable y segura en entornos dinámicos sin perder de vista objetos con poca reflectividad, como coches metálicos negros”. Agregó que incorporar la tecnología en los coches haría que la conducción autónoma sea más segura.

El nuevo sistema es posible gracias a una fuente de luz única llamada láser de cristal fotónico dualmente modulado (DM-PCSEL). El DM-PCSEL integra la exploración de haz no mecánica y controlada electrónicamente con la iluminación por flash utilizada en el lidar por flash para adquirir una imagen 3D completa con un solo flash de luz. Esta fuente de luz es de chip y podría permitir eventualmente el desarrollo de un sistema de lidar 3D todo sólido en un chip.

Los sistemas de lidar mapean objetos iluminándolos con haces láser y calculando la distancia de estos objetos midiendo el tiempo de vuelo (ToF) de los haces. La mayoría de los sistemas de lidar existentes y en desarrollo dependen de partes móviles, lo que los hace voluminosos, costosos y poco fiables. Los sistemas de lidar por flash utilizan un haz de luz amplio y difuso para iluminar y evaluar simultáneamente las distancias de todos los objetos en vista. Sin embargo, los sistemas de lidar por flash no pueden medir las distancias de objetos con poca reflectividad y tienden a ser grandes debido a las lentes y elementos ópticos externos necesarios para crear el haz de flash.

Desarrollando la nueva fuente de luz

Para superar estas limitaciones, los investigadores desarrollaron la fuente de luz DM-PCSEL, que tiene capacidades de iluminación por flash y exploración de haz. Los investigadores incorporaron esta fuente de luz en un sistema de lidar 3D, lo que permite la medición simultánea de muchos objetos con iluminación por flash amplia y la iluminación selectiva de objetos con poca reflectividad con un haz de luz más concentrado. También instalaron una cámara ToF y desarrollaron software para el seguimiento automático del movimiento de objetos con poca reflectividad utilizando la iluminación de exploración de haz.

“Nuestro sistema de lidar 3D basado en DM-PCSEL nos permite medir objetos altamente reflectantes y con poca reflectividad al mismo tiempo”, dijo Noda. “Los láseres, la cámara ToF y todos los componentes asociados necesarios para operar el sistema se ensamblaron de manera compacta, lo que resultó en una huella total del sistema que es más pequeña que una tarjeta de presentación”.

Los investigadores demostraron el sistema utilizando para medir las distancias de objetos con poca reflectividad colocados en una mesa en un laboratorio. También mostraron que el sistema puede reconocer y rastrear el movimiento de estos objetos. Los investigadores ahora están explorando el potencial del sistema en aplicaciones prácticas, como el movimiento autónomo de robots y vehículos, y están investigando la posibilidad de reemplazar la cámara ToF con una matriz de fotodiodos de avalancha de un solo fotón más ópticamente sensible para mediciones de distancia más largas.

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