L’équipe crée un nouveau système Lidar qui pourrait améliorer la sécurité de la conduite autonome

Une équipe d’investigateurs dirigée par Susumu Noda de l’Université de Kyoto au Japon a décrit son nouveau système Lidar 3D non mécanique dans Optica. Le nouveau système peut tenir dans la paume de la main et peut être utilisé pour mesurer la distance d’objets peu réfléchissants et suivre automatiquement le mouvement de ces objets.

« Avec notre système Lidar, les robots et les véhicules pourront naviguer de manière fiable et sûre dans des environnements dynamiques sans perdre de vue les objets peu réfléchissants, tels que les voitures métalliques noires », déclare Noda. « L’intégration de cette technologie dans les voitures, par exemple, rendrait la conduite autonome plus sûre. »

Grâce au développement par les chercheurs d’une source de lumière unique à base de puces appelée laser à cristal photonique à modulation double (DM-PCSEL), le nouveau système a été rendu possible. Cette avancée pourrait éventuellement conduire à la création d’un système Lidar 3D tout solide sur une puce.

« Le DM-PCSEL intègre un balayage de faisceau non mécanique, contrôlé électroniquement, avec une illumination flash utilisée dans le Lidar flash pour acquérir une image 3D complète avec un seul flash de lumière », déclare Noda. « Cette source unique nous permet de réaliser à la fois l’illumination flash et le balayage sans aucune pièce mobile ni élément optique externe encombrant, tel que des lentilles et des éléments optiques diffractifs. »

La combinaison de balayage et d’illumination flash

Les systèmes Lidar utilisent des faisceaux laser pour illuminer les objets et calculer leur distance en mesurant le temps qu’il faut pour que les faisceaux voyagent, se réfléchissent et reviennent (ToF). Cependant, la plupart des systèmes Lidar actuellement en cours d’utilisation et de développement reposent sur des pièces mobiles telles que des moteurs pour balayer le faisceau laser, les rendant encombrants, coûteux et peu fiables.

Le Lidar flash est une approche non mécanique qui utilise un seul faisceau large et diffus pour illuminer et évaluer les distances de tous les objets dans le champ de vision. Cependant, les systèmes Lidar flash ne peuvent pas mesurer les distances d’objets peu réfléchissants, tels que les voitures métalliques noires, en raison de leur faible réfléchissabilité. De plus, des lentilles et des éléments optiques externes sont nécessaires pour créer le faisceau flash, ce qui rend ces systèmes grands.

Les chercheurs ont développé la source de lumière DM-PCSEL pour surmonter ces limitations. La source de lumière comprend une source flash qui peut illuminer un large champ de vision de 30°×30° et une source de balayage de faisceau qui fournit une illumination ponctuelle avec 100 faisceaux laser étroits.

Les chercheurs ont intégré le DM-PCSEL dans un système Lidar 3D, ce qui leur a permis de mesurer les distances de plusieurs objets simultanément à l’aide d’une illumination flash large tout en illuminant sélectivement les objets peu réfléchissants avec un faisceau de lumière plus concentré. Pour effectuer des mesures de distance et un suivi automatique du mouvement des objets peu réfléchissants, les chercheurs ont installé une caméra ToF et ont développé un logiciel qui utilise l’illumination de balayage de faisceau.

La mesure de la distance des objets peu réfléchissants

« Notre système Lidar 3D basé sur DM-PCSEL nous permet de mesurer les distances d’objets très réfléchissants et peu réfléchissants simultanément », déclare 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 nouveau système en l’utilisant pour mesurer les distances d’objets peu réfléchissants qui avaient été placés sur une table dans un laboratoire. Ils ont également pu démontrer que le système pouvait reconnaître automatiquement les objets peu réfléchissants et suivre leur mouvement à l’aide d’une illumination sélective.

L’équipe va maintenant essayer de démontrer le système dans des applications pratiques telles que le mouvement autonome des robots et des véhicules.