Nuovo sistema Lidar 3D per un migliore tracciamento degli oggetti e misurazione della distanza

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

La ricerca è stata pubblicata in Optica.

Combinazione di scansione e illuminazione flash

Secondo Noda, "Con il nostro sistema lidar, robot e veicoli saranno in grado di navigare in modo affidabile e sicuro in ambienti dinamici senza perdere di vista oggetti scarsamente riflettenti come le auto metalliche nere". Ha aggiunto che incorporare la tecnologia nelle auto renderebbe la guida autonoma più sicura.

Il nuovo sistema è reso possibile da una sorgente luminosa unica chiamata laser a cristallo fotonico a doppia modulazione (DM-PCSEL). Il DM-PCSEL integra la scansione del raggio non meccanica e controllata elettronicamente con l'illuminazione flash utilizzata nel flash lidar per acquisire un'immagine 3D completa con un singolo lampo di luce. Questa sorgente luminosa è basata su chip e potrebbe eventualmente consentire lo sviluppo di un sistema lidar 3D interamente a stato solido su chip.

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

Sviluppare la nuova fonte di luce

Per superare queste limitazioni, i ricercatori hanno sviluppato la sorgente luminosa DM-PCSEL, dotata sia di illuminazione flash che di capacità di scansione del raggio. I ricercatori hanno incorporato questa sorgente luminosa in un sistema lidar 3D, consentendo la misurazione simultanea di molti oggetti con un'ampia illuminazione flash e un'illuminazione selettiva di oggetti scarsamente riflettenti con un raggio di luce più concentrato. Hanno inoltre installato una telecamera ToF e sviluppato un software per il tracciamento automatico del movimento di oggetti scarsamente riflettenti utilizzando l'illuminazione a scansione del raggio.

"Il nostro sistema lidar 3D basato su DM-PCSEL ci consente di misurare contemporaneamente oggetti altamente riflettenti e scarsamente riflettenti", ha affermato Noda. "I laser, la fotocamera ToF e tutti i componenti associati necessari per il funzionamento del sistema sono stati assemblati in modo compatto, risultando in un ingombro totale del sistema inferiore a un biglietto da visita".

I ricercatori hanno dimostrato il sistema utilizzandolo per misurare le distanze di oggetti scarsamente riflettenti posti su un tavolo in un laboratorio. Hanno anche dimostrato 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 studiando la possibilità di sostituire la fotocamera ToF con un array di fotodiodi a valanga a singolo fotone più otticamente sensibile per misurazioni a lunga distanza. .