Equipo crea nuevo sistema de lidar que podría mejorar la seguridad de la conducción autónoma

Un equipo de investigadores liderado por Susumu Noda de la Universidad de Kioto en Japón ha descrito su nuevo sistema de lidar 3D no mecánico en Optica. El nuevo sistema puede caber en la palma de la mano y se puede utilizar para medir la distancia de objetos poco reflectantes y rastrear automáticamente el movimiento de los objetos.

“Con nuestro sistema de lidar, los robots y vehículos podrán navegar de manera confiable y segura en entornos dinámicos sin perder de vista los objetos poco reflectantes, como los coches metálicos negros”, dice Noda. “Incorporar esta tecnología en los coches, por ejemplo, haría que la conducción autónoma sea más segura”.

Gracias al desarrollo de una fuente de luz única basada en un chip llamada láser de cristal fotónico dualmente modulado (DM-PCSEL), el nuevo sistema fue posible. Este avance puede eventualmente llevar a la creación de un sistema de lidar 3D completamente sólido y en un chip.

“El DM-PCSEL integra un escaneo de haz no mecánico y controlado electrónicamente con iluminación de flash utilizada en lidar de flash para adquirir una imagen 3D completa con un solo flash de luz”, dice Noda. “Esta fuente única nos permite lograr tanto la iluminación de flash como la iluminación de escaneo sin partes móviles ni elementos ópticos externos voluminosos, como lentes y elementos ópticos difractantes”.

La combinación de iluminación de escaneo y flash

Los sistemas de lidar utilizan haces de láser para iluminar objetos y calcular su distancia midiendo el tiempo que tarda en viajar, reflejar y regresar (ToF). Sin embargo, la mayoría de los sistemas de lidar actualmente en uso y en desarrollo dependen de partes móviles como motores para escanear el haz de láser, lo que los hace voluminosos, costosos y poco fiables.

El lidar de flash es un enfoque no mecánico que utiliza un haz de luz amplio y difuso para iluminar y evaluar las distancias de todos los objetos en el campo de visión. Sin embargo, los sistemas de lidar de flash no pueden medir las distancias de objetos poco reflectantes, como los coches metálicos negros, debido a su baja reflectividad. Además, se requieren lentes y elementos ópticos externos para crear el haz de flash, lo que hace que estos sistemas sean grandes.

Los investigadores desarrollaron la fuente de luz DM-PCSEL para superar estas limitaciones. La fuente de luz incluye una fuente de flash que puede iluminar un campo de visión amplio de 30°×30° y una fuente de escaneo de haz que proporciona iluminación de punto con 100 haces de láser estrechos.

Los investigadores integraron el DM-PCSEL en un sistema de lidar 3D, lo que les permitió medir las distancias de múltiples objetos simultáneamente utilizando iluminación de flash amplia mientras iluminaban selectivamente los objetos poco reflectantes con un haz de luz más concentrado. Para realizar mediciones de distancia y seguimiento automático del movimiento de los objetos poco reflectantes, los investigadores instalaron una cámara ToF y desarrollaron software que utiliza iluminación de escaneo de haz.

Medir la distancia de objetos poco reflectantes

“Nuestro sistema de lidar 3D basado en DM-PCSEL nos permite medir la distancia de objetos altamente reflectantes y poco reflectantes al mismo tiempo”, dice 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 del sistema total que es más pequeña que una tarjeta de presentación”.

Los investigadores demostraron el nuevo sistema utilizando para medir las distancias de objetos poco reflectantes que se colocaron en una mesa en un laboratorio. También pudieron demostrar que el sistema podría reconocer automáticamente los objetos poco reflectantes y rastrear su movimiento a través de la iluminación selectiva.

El equipo ahora buscará demostrar el sistema en aplicaciones prácticas como el movimiento autónomo de robots y vehículos.