Il team crea un nuovo sistema Lidar che potrebbe migliorare la sicurezza di guida autonoma

Un team di ricercatori guidati da Susumu Noda dell'Università di Kyoto in Giappone ha descritto il loro nuovo sistema lidar 3D non meccanico in Optica. Il nuovo sistema può stare nel palmo della mano e può essere utilizzato per misurare la distanza di oggetti scarsamente riflettenti e tracciare automaticamente il movimento degli oggetti.

"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 automobili metalliche nere", afferma Noda. "Incorporare questa tecnologia nelle auto, ad esempio, renderebbe la guida autonoma più sicura".

Grazie allo sviluppo da parte dei ricercatori di una sorgente luminosa unica basata su chip, chiamata laser a cristallo fotonico a doppia modulazione (DM-PCSEL), il nuovo sistema è stato reso possibile. Questo progresso potrebbe portare alla creazione di un sistema lidar 3D completamente allo stato solido, integrato su chip.

"Il DM-PCSEL integra la scansione del raggio non meccanica e controllata elettronicamente con l'illuminazione flash utilizzata nel lidar flash per acquisire un'immagine 3D completa con un singolo lampo di luce", afferma Noda. "Questa sorgente unica ci consente di ottenere sia l'illuminazione del flash che quella della scansione senza parti mobili o ingombranti elementi ottici esterni, come lenti ed elementi ottici diffrattivi".

La combinazione di scansione e illuminazione flash

I sistemi Lidar utilizzano i raggi laser per illuminare gli oggetti e calcolarne la distanza misurando il tempo impiegato dai raggi per viaggiare, riflettere e ritornare (ToF). Tuttavia, la maggior parte dei sistemi lidar attualmente in uso e in fase di sviluppo si basa su parti mobili come i motori per scansionare il raggio laser, rendendoli ingombranti, costosi e inaffidabili.

Il flash lidar è un approccio non meccanico che utilizza un singolo raggio di luce ampio e diffuso per illuminare e valutare le distanze di tutti gli oggetti nel campo visivo. Tuttavia, i sistemi flash lidar non sono in grado di misurare le distanze di oggetti scarsamente riflettenti come le auto metalliche nere a causa della loro bassa riflettività. Inoltre, per creare il raggio del flash sono necessarie lenti ed elementi ottici esterni, che rendono questi sistemi di grandi dimensioni.

I ricercatori hanno sviluppato la sorgente luminosa DM-PCSEL per superare queste limitazioni. La sorgente luminosa include una sorgente flash in grado di illuminare un ampio campo visivo di 30°×30° e una sorgente a scansione del raggio che fornisce un'illuminazione spot con 100 raggi laser stretti.

I ricercatori hanno integrato il DM-PCSEL in un sistema lidar 3D, che ha permesso loro di misurare le distanze di più oggetti contemporaneamente utilizzando un'ampia illuminazione flash illuminando selettivamente oggetti scarsamente riflettenti con un raggio di luce più concentrato. Per eseguire misurazioni della distanza e il tracciamento automatico del movimento di oggetti scarsamente riflettenti, i ricercatori hanno installato una fotocamera ToF e sviluppato un software che utilizza l'illuminazione a scansione del raggio.

Misurare la distanza di oggetti scarsamente riflettenti

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

I ricercatori hanno dimostrato il nuovo sistema utilizzandolo per misurare le distanze di oggetti scarsamente riflettenti che sono stati posizionati su un tavolo in un laboratorio. Sono stati anche in grado di dimostrare che il sistema è in grado di riconoscere automaticamente oggetti scarsamente riflettenti e di tracciarne il movimento attraverso l'illuminazione selettiva.

Il team cercherà ora di dimostrare il sistema in applicazioni pratiche come il movimento autonomo di robot e veicoli.