Nuovo Sistema 3D Lidar per il Miglioramento della Tracciatura degli Oggetti e della Misurazione della Distanza

I ricercatori guidati da Susumu Noda dell’Università di Kyoto in Giappone hanno pubblicato uno studio sul loro nuovo sistema 3D lidar non meccanico. Il sistema si adatta nel palmo di una mano e è in grado di misurare la distanza di oggetti poco riflettenti e di tracciarne automaticamente il movimento.

La ricerca è stata pubblicata su Optica.

Combinazione di Scanning e Illuminazione Flash

Secondo Noda, “Con il nostro sistema lidar, i robot e i veicoli saranno in grado di navigare in modo affidabile e sicuro in ambienti dinamici senza perdere di vista gli oggetti poco riflettenti come le auto metalliche nere”. Ha aggiunto che l’integrazione di questa tecnologia nelle auto renderebbe la guida autonoma più sicura.

Il nuovo sistema è reso possibile da una fonte di luce unica chiamata laser a cristallo fotonico dualmente modulato (DM-PCSEL). Il DM-PCSEL integra la scansione del fascio non meccanica, controllata elettronicamente, con l’illuminazione flash utilizzata nel lidar flash per acquisire un’immagine 3D completa con un solo flash di luce. Questa fonte di luce è a livello di chip e potrebbe eventualmente consentire lo sviluppo di un sistema lidar 3D tutto-solido su chip.

I sistemi lidar mappano gli oggetti illuminandoli con fasci laser e calcolando la distanza di questi oggetti misurando il tempo di volo (ToF) dei fasci. La maggior parte dei sistemi lidar esistenti e in fase di sviluppo si basa su parti mobili, rendendoli ingombranti, costosi e poco affidabili. I sistemi lidar flash, d’altra parte, utilizzano un singolo fascio di luce ampio e diffuso per illuminare e valutare simultaneamente le distanze di tutti gli oggetti in vista. Tuttavia, i sistemi lidar flash non possono misurare le distanze degli oggetti poco riflettenti e tendono ad essere grandi a causa delle lenti e degli elementi ottici esterni necessari per creare il fascio di luce flash.

Sviluppo della Nuova Fonte di Luce

Per superare queste limitazioni, i ricercatori hanno sviluppato la fonte di luce DM-PCSEL, che ha sia la capacità di illuminazione flash che di scansione del fascio. I ricercatori hanno integrato questa fonte di luce in un sistema lidar 3D, consentendo la misurazione simultanea di molti oggetti con un’illuminazione flash ampia e l’illuminazione selettiva degli oggetti poco riflettenti con un fascio di luce più concentrato. Hanno anche installato una telecamera ToF e sviluppato un software per la tracciatura automatica del movimento degli oggetti poco riflettenti utilizzando l’illuminazione a scansione del fascio.

“Il nostro sistema lidar 3D basato su DM-PCSEL ci consente di misurare la distanza di oggetti altamente riflettenti e poco riflettenti contemporaneamente”, ha detto Noda. “I laser, la telecamera ToF e tutti i componenti associati necessari per azionare il sistema sono stati assemblati in modo compatto, risultando in un’impronta del sistema totale che è più piccola di una carta di credito.”

I ricercatori hanno dimostrato il sistema utilizzandolo per misurare le distanze di oggetti poco riflettenti posizionati su un tavolo in un laboratorio. Hanno anche mostrato che il sistema può riconoscere e tracciare il movimento di questi oggetti. I ricercatori stanno ora esplorando il potenziale del sistema in applicazioni pratiche, come il movimento autonomo di robot e veicoli, e stanno indagando la possibilità di sostituire la telecamera ToF con un array di fotodiodi a valanga di fotoni singoli più sensibili otticamente per misurazioni a lunga distanza.