Nouveau système Lidar 3D pour une meilleure détection d’objets et mesure de distance

Des chercheurs dirigés par Susumu Noda de l’Université de Kyoto au Japon ont publié une étude sur leur nouveau système Lidar 3D non mécanique. Le système tient dans la paume de la main et est capable de mesurer la distance d’objets peu réfléchissants et de suivre automatiquement leur mouvement.

La recherche a été publiée dans Optica.

Combinaison de balayage et d’éclairage flash

Selon Noda, “Avec notre système Lidar, les robots et les véhicules pourront naviguer de manière fiable et sécurisée dans des environnements dynamiques sans perdre de vue les objets peu réfléchissants, tels que les voitures métalliques noires.” Il a ajouté que l’intégration de la technologie dans les voitures rendrait la conduite autonome plus sûre.

Le nouveau système est rendu possible par une source de lumière unique appelée laser à cristal photonique à modulation double (DM-PCSEL). Le DM-PCSEL intègre un balayage de faisceau non mécanique, contrôlé électroniquement, avec un éclairage flash utilisé dans le Lidar flash pour acquérir une image 3D complète avec un seul éclair de lumière. Cette source de lumière est basée sur une puce et pourrait éventuellement permettre le développement d’un système Lidar 3D tout état solide sur puce.

Les systèmes Lidar cartographient les objets en les illuminant avec des faisceaux laser et en calculant la distance de ces objets en mesurant le temps de vol (ToF) des faisceaux. La plupart des systèmes Lidar existants et en développement reposent sur des pièces mobiles, ce qui les rend encombrants, coûteux et peu fiables. Les systèmes Lidar flash, en revanche, utilisent un seul faisceau large et diffus pour illuminer et évaluer simultanément les distances de tous les objets en vue. Cependant, les systèmes Lidar flash ne peuvent pas mesurer les distances des objets peu réfléchissants et tendent à être grands en raison des lentilles et des éléments optiques externes nécessaires pour créer le faisceau flash.

Développement de la nouvelle source de lumière

Pour surmonter ces limitations, les chercheurs ont développé la source de lumière DM-PCSEL, qui possède à la fois des capacités d’éclairage flash et de balayage de faisceau. Les chercheurs ont intégré cette source de lumière dans un système Lidar 3D, permettant ainsi la mesure simultanée de nombreux objets avec un éclairage flash large et l’illumination sélective d’objets peu réfléchissants avec un faisceau de lumière plus concentré. Ils ont également installé une caméra ToF et développé un logiciel pour le suivi automatique du mouvement des objets peu réfléchissants à l’aide d’un éclairage de balayage de faisceau.

“Notre système Lidar 3D basé sur DM-PCSEL nous permet de mesurer les distances d’objets très réfléchissants et peu réfléchissants simultanément”, a déclaré Noda. “Les lasers, la caméra ToF et tous les composants associés nécessaires pour faire fonctionner le système ont été assemblés de manière compacte, ce qui a abouti à une empreinte totale du système plus petite qu’une carte de visite.”

Les chercheurs ont démontré le système en l’utilisant pour mesurer les distances d’objets peu réfléchissants placés sur une table dans un laboratoire. Ils ont également montré que le système peut reconnaître et suivre le mouvement de ces objets. Les chercheurs explorent maintenant le potentiel du système dans des applications pratiques, telles que le mouvement autonome des robots et des véhicules, et étudient la possibilité de remplacer la caméra ToF par un array de photodiodes à avalanche de photons unique plus optiquement sensible pour des mesures à plus longue distance.