Sistem Lidar 3D Baru untuk Pemantauan dan Pengukuran Jarak Objek yang Ditingkatkan

Peneliti yang dipimpin oleh Susumu Noda dari Universitas Kyoto di Jepang telah menerbitkan sebuah studi tentang sistem lidar 3D non-mekanis baru mereka. Sistem ini dapat muat di telapak tangan dan mampu mengukur jarak objek yang kurang reflektif dan secara otomatis melacak gerakannya.

Penelitian ini diterbitkan di Optica.

Menggabungkan Pemindaian dan Iluminasi Kilat

Menurut Noda, “Dengan sistem lidar kami, robot dan kendaraan akan dapat navigasi dengan aman dan dapat diandalkan di lingkungan dinamis tanpa kehilangan pandangan objek yang kurang reflektif seperti mobil hitam.” Ia menambahkan bahwa mengintegrasikan teknologi ini ke dalam mobil akan membuat pengemudi otonom lebih aman.

Sistem baru ini dimungkinkan oleh sumber cahaya unik yang disebut laser fotonic-kristal dually modulated (DM-PCSEL). DM-PCSEL mengintegrasikan pemindaian berkas non-mekanis yang dikendalikan secara elektronik dengan iluminasi kilat yang digunakan dalam lidar kilat untuk memperoleh gambar 3D penuh dengan satu kilatan cahaya. Sumber cahaya ini berbasis chip dan dapat memungkinkan pengembangan sistem lidar 3D all-solid-state on-chip.

Sistem lidar memetakan objek dengan menerangi mereka dengan berkas laser dan menghitung jarak objek dengan mengukur waktu penerbangan (ToF) berkas. Sebagian besar sistem lidar yang ada dan sedang dikembangkan bergantung pada bagian yang bergerak, membuatnya besar, mahal, dan tidak dapat diandalkan. Sistem lidar kilat, di sisi lain, menggunakan satu berkas cahaya yang lebar dan difus untuk menerangi dan mengevaluasi jarak semua objek dalam pandangan secara bersamaan. Namun, sistem lidar kilat tidak dapat mengukur jarak objek yang kurang reflektif dan cenderung besar karena lensa dan elemen optik eksternal yang diperlukan untuk membuat berkas kilat.

Mengembangkan Sumber Cahaya Baru

Untuk mengatasi keterbatasan ini, peneliti mengembangkan sumber cahaya DM-PCSEL, yang memiliki kemampuan iluminasi kilat dan pemindaian berkas. Peneliti mengintegrasikan sumber cahaya ini ke dalam sistem lidar 3D, memungkinkan pengukuran simultan banyak objek dengan iluminasi kilat yang lebar dan penerangan objek yang kurang reflektif dengan berkas cahaya yang lebih terkonsentrasi. Mereka juga memasang kamera ToF dan mengembangkan perangkat lunak untuk pelacakan otomatis gerakan objek yang kurang reflektif dengan menggunakan iluminasi pemindaian berkas.

“Sistem lidar 3D kami yang berbasis DM-PCSEL memungkinkan kami untuk mengukur jarak objek yang sangat reflektif dan kurang reflektif secara bersamaan,” kata Noda. “Laser, kamera ToF, dan semua komponen yang diperlukan untuk mengoperasikan sistem ini dirakit dengan cara yang kompak, menghasilkan jejak sistem total yang lebih kecil dari kartu bisnis.”

Peneliti mendemonstrasikan sistem ini dengan menggunakan untuk mengukur jarak objek yang kurang reflektif yang ditempatkan di atas meja di laboratorium. Mereka juga menunjukkan bahwa sistem dapat mengenali dan melacak gerakan objek tersebut. Peneliti sekarang sedang menjelajahi potensi sistem ini dalam aplikasi praktis, seperti gerakan otonom robot dan kendaraan, dan sedang menyelidiki kemungkinan menggantikan kamera ToF dengan array fotodioda avalanche tunggal yang lebih optis sensitif untuk pengukuran jarak yang lebih panjang.