Tiimi kehitti uuden lidar-järjestelmän, joka voi parantaa itseohjautuvien ajoneuvojen turvallisuutta

Tutkijaryhmä, jota johti Susumu Noda Kyoto-yliopistosta Japanissa, on kuvannut uuden ei-mekaanisen 3D-lidar-järjestelmänsä Opticassa. Uusi järjestelmä mahtuu kämmeneen ja voidaan käyttää huonosti heijastavien esineiden etäisyyden mittaamiseen ja esineiden liikkeen seuraamiseen automaattisesti.

“Meidän lidar-järjestelmämme avulla robotit ja ajoneuvot voivat luotettavasti ja turvallisesti navigoida dynaamisissa ympäristöissä ilman, että menettävät huonosti heijastavat esineet, kuten mustat metalliset autot, näkyvistä”, Noda sanoo. “Tämän teknologian sisällyttäminen autoihin esimerkiksi tekisi itseohjautuvasta ajosta turvallisempaa.”

Tutkijoiden kehittämä ainutlaatuinen piiripohjainen valonlähde, jota kutsutaan dually modulated photonic-crystal laseriksi (DM-PCSEL), mahdollisti uuden järjestelmän. Tämä edistysaskel voi lopulta johtaa kanavapohjaisen, kokonaan kiinteän 3D-lidar-järjestelmän luomiseen.

“DM-PCSEL yhdistää ei-mekaanisen, sähköisesti ohjatun säteilyn ja välähdysvalon, jota käytetään välähdyslidarissa, jotta voidaan hankkia täysi 3D-kuva yhdellä valon välähdysllä”, Noda sanoo. “Tämä ainutlaatuinen lähde mahdollistaa meille sekä välähdys- että säteilyvalon ilman liikkuvia osia tai ulkoisia optisia elementtejä, kuten linssejä ja diffraktiivisia optisia elementtejä.”

Säteilyn ja välähdysvalon yhdistäminen

Lidar-järjestelmät käyttävät laser-säteitä valaistamaan esineitä ja laskemaan etäisyyden mittaamalla ajan, joka kuluu säteiden matkalle, heijastumiselle ja palaamiselle (ToF). Kuitenkin useimmat käytössä olevat ja kehitteillä olevat lidar-järjestelmät riippuvat liikkuvista osista, kuten moottoreista, laser-säteen skannaukseen, mikä tekee niistä kömpelöitä, kalliita ja epäluotettavia.

Välähdyslidar on ei-mekaaninen lähestymistapa, jossa käytetään yhtä laajaa, hajanaista valon säteitä valaistamaan ja arvioida kaikkien esineiden etäisyyksiä näkemän kentässä. Kuitenkin välähdyslidar-järjestelmät eivät pysty mittaamaan huonosti heijastavien esineiden, kuten mustien metallisten autojen, etäisyyksiä heikkoon heijastuskykyynsä vuoksi. Lisäksi ulkoiset linssit ja optiset elementit vaaditaan luomaan välähdys-säde, mikä tekee näistä järjestelmistä suuria.

Tutkijat kehittivät DM-PCSEL-valonlähteen ylittämään nämä rajoitukset. Valonlähde sisältää välähdyslähteen, joka voi valaista laajan 30°×30° näkemän kentän, ja säteilylähteen, joka tarjoaa piste-valaistuksen 100 kapealla laser-säteellä.

Tutkijat integroivat DM-PCSEL:n 3D-lidar-järjestelmään, mikä mahdollisti heidän mitata useiden esineiden etäisyyksiä samanaikaisesti laajan välähdysvalon avulla ja valaista huonosti heijastavia esineitä keskittyneemmällä valon säteellä. Tutkijat asensivat ToF-kameran ja kehittivät ohjelmiston, joka käyttää säteily-valaistusta etäisyyden mittaamiseen ja huonosti heijastavien esineiden liikkeen seuraamiseen.

Huonosti heijastavien esineiden etäisyyden mittaaminen

“Meidän DM-PCSEL-pohjainen 3D-lidar-järjestelmämme mahdollistaa sekä hyvin heijastavien että huonosti heijastavien esineiden etäisyyden mittaamisen samanaikaisesti”, Noda sanoo. “Lasersäteet, ToF-kamera ja kaikki muut järjestelmän toimintaan vaadittavat komponentit koottiin tiiviisti, mikä johti siihen, että koko järjestelmän jalanjälki on pienempi kuin liikekortti.”

Tutkijat osoittivat uuden järjestelmän käyttämällä sitä mitata huonosti heijastavien esineiden etäisyyksiä, jotka oli asetettu pöydälle laboratoriossa. He pystyivät myös osoittamaan, että järjestelmä pystyy automaattisesti tunnistamaan huonosti heijastavat esineet ja seurata niiden liikettä valikoivalla valaistuksella.

Tiimi aikoo nyt osoittaa järjestelmän käytännön sovelluksissa, kuten robottien ja ajoneuvojen itseohjautuvassa liikkeessä.