Uusi 3D Lidar -järjestelmä parantaa esineiden seuraamista ja etäisyysmittausta

Tutkijat, joiden johtajana toimi Susumu Noda Kyoto-yliopistosta Japanista, ovat julkaisseet tutkimuksensa uudesta ei-mekaanisesta 3D lidar -järjestelmästä. Järjestelmä mahtuu kämmeneen ja pystyy mittaamaan heikosti heijastavien esineiden etäisyyttä ja seuraamaan niiden liikettä automaattisesti.

Tutkimus julkaistiin Optica -julkaisussa.

Yhdistämällä skannaus ja välähdysvalaisu

Nodan mukaan “Meidän lidar-järjestelmämme mahdollistaa robotien ja ajoneuvojen turvallisen navigoinnin dynaamisissa ympäristöissä ilman, että heikosti heijastavat esineet, kuten mustat metalliautot, häviävät näkyvistä.” Hän lisäsi, että teknologian sisällyttäminen autoihin tekee itsestään ajavan turvallisemmaksi.

Uusi järjestelmä on mahdollinen ainutlaatuisen valonlähteen ansiosta, jota kutsutaan dually modulated photonic-crystal laseriksi (DM-PCSEL). DM-PCSEL yhdistää ei-mekaanisen, sähköisesti ohjatun säde-skannauksen välähdysvalaisuun, jota käytetään flash-lidarissa hankkiaksesi täydellisen 3D-kuvan yhdellä valon välähdyksellä. Tämä valonlähde on piiripohjainen ja voisi lopulta mahdollistaa täysin kiinteän 3D lidar -järjestelmän kehittämisen.

Lidar-järjestelmät kartoittavat esineitä valaisevien laser-säteiden avulla ja laskevat esineiden etäisyyden mittaamalla säteiden lentoaika (ToF). Useimmat olemassa olevat ja kehitteillä olevat lidar-järjestelmät perustuvat liikkuviin osiin, mikä tekee niistä kömpelöitä, kalliita ja epäluotettavia. Välähdys-lidar-järjestelmät taas käyttävät yhtä laajaa ja epäsuoraa valon säteitä valaisemaan ja arvioimaan samanaikaisesti kaikkien näkyvissä olevien esineiden etäisyyttä. Välähdys-lidar-järjestelmät eivät kuitenkaan pysty mittaamaan heikosti heijastavien esineiden etäisyyttä ja ne ovat usein suuria johtuen ulkoisista linssistä ja optisista elementeistä, jotka vaaditaan välähdys-säteen luomiseen.

Uuden valonlähteen kehittäminen

Ylittääkseen nämä rajoitukset tutkijat kehittivät DM-PCSEL-valonlähteen, jolla on sekä välähdysvalaisu- että säde-skannausominaisuudet. Tutkijat sisällyttivät tämän valonlähteen 3D lidar -järjestelmään, jolloin useita esineitä voitiin mitata samanaikaisesti laajalla välähdysvalaisulla ja heikosti heijastavat esineet voitiin valaista tarkemmin keskittyneemmällä valon säteellä. He asensivat myös ToF-kameran ja kehittivät ohjelmiston heikosti heijastavien esineiden liikkeen automaattiseen seuraamiseen säde-skannausvalaisun avulla.

“Meidän DM-PCSEL-pohjainen 3D lidar -järjestelmämme mahdollistaa sekä heikosti että voimakkaasti heijastavien esineiden mittaamisen samanaikaisesti”, Noda sanoi. “Lasersäteet, ToF-kamera ja kaikki järjestelmän toiminnan vaatimat komponentit koottiin tiiviisti, jolloin koko järjestelmän kokonaisjälki on pienempi kuin liikekortti.”

Tutkijat osoittivat järjestelmän toimivuuden mittaamalla heikosti heijastavien esineiden etäisyyttä laboratoriossa. He myös osoittivat, että järjestelmä pystyy tunnistamaan ja seuraamaan näiden esineiden liikettä. Tutkijat tutkivat nyt järjestelmän soveltamismahdollisuuksia käytännön sovelluksissa, kuten robotien ja ajoneuvojen itsenäisessä liikkeessä, ja tutkivat mahdollisuutta korvata ToF-kamera herkemmillä yksittäisen fotonin tulvahuippu-photodiodi-arraylla pidemmän etäisyyden mittaamiseksi.