מערכת לידר תלת מימדית חדשה לשיפור מעקב אחר אובייקטים ומדידת מרחק

חוקרים בראשות Susumu Noda מאוניברסיטת קיוטו ביפן פרסמו מחקר על מערכת הלידר התלת-ממדית החדשה שלהם. המערכת מתאימה לכף היד ומסוגלת למדוד את המרחק של עצמים רעיוניים ולעקוב אוטומטית אחר תנועתם.

המחקר פורסם ב- אופטיקה.

שילוב של סריקה והארת פלאש

לדברי נודה, "עם מערכת הלידר שלנו, רובוטים וכלי רכב יוכלו לנווט בצורה מהימנה ובטוחה בסביבות דינמיות מבלי לאבד את הראייה של עצמים רעיוניים כמו מכוניות מתכת שחורות". הוא הוסיף כי שילוב הטכנולוגיה במכוניות יהפוך את הנהיגה האוטונומית לבטוחה יותר.

המערכת החדשה מתאפשרת על ידי מקור אור ייחודי הנקרא לייזר פוטו-גביש עם מווסת כפולה (DM-PCSEL). ה-DM-PCSEL משלב סריקת אלומה לא מכנית, מבוקרת אלקטרונית עם תאורת פלאש המשמשת בלידר פלאש כדי להשיג תמונה תלת מימדית מלאה עם הבזק אור יחיד. מקור אור זה מבוסס שבב ובסופו של דבר יכול לאפשר פיתוח של מערכת לידר תלת-ממדית על-שבב.

מערכות Lidar ממפות אובייקטים על ידי הארתם בקרני לייזר וחישובי המרחק של עצמים אלו על ידי מדידת זמן הטיסה (ToF) של הקרניים. רוב מערכות הלידר הקיימות ומתת-פיתוח מסתמכות על חלקים נעים, מה שהופך אותם למסורבלים, יקרים ולא אמינים. מערכות Flash lidar, לעומת זאת, משתמשות באלומת אור אחת רחבה ומפוזרת כדי להאיר ולהעריך בו זמנית את המרחקים של כל העצמים הנראים. עם זאת, מערכות לידר פלאש אינן יכולות למדוד את המרחקים של עצמים רעיוניים והן נוטות להיות גדולות בגלל העדשות החיצוניות והאלמנטים האופטיים הנדרשים ליצירת אלומת הבזק.

פיתוח מקור האור החדש

כדי להתגבר על מגבלות אלו, החוקרים פיתחו את מקור האור DM-PCSEL, בעל יכולות תאורת הבזק וגם סריקת אלומה. החוקרים שילבו את מקור האור הזה במערכת לידר תלת מימדית, המאפשרת מדידה בו-זמנית של עצמים רבים עם תאורת פלאש רחבה והארה סלקטיבית של עצמים רעיוניים עם אלומת אור מרוכזת יותר. הם גם התקינו מצלמת ToF ופיתחו תוכנה למעקב אוטומטי אחר התנועה של עצמים רעיוניים באמצעות תאורה סורקת אלומה.

"מערכת הלידר התלת-ממדית שלנו, המבוססת על DM-PCSEL, מאפשרת לנו להרחיב אובייקטים מחזירי אור ואובייקטים רעים בו-זמנית", אמר נודה. "הלייזרים, מצלמת ה-ToF וכל הרכיבים הנלווים הנדרשים להפעלת המערכת הורכבו בצורה קומפקטית, וכתוצאה מכך טביעת הרגל הכוללת של המערכת קטנה מכרטיס ביקור".

החוקרים הדגימו את המערכת על ידי שימוש בה כדי למדוד את המרחקים של עצמים רעיוניים שהונחו על שולחן במעבדה. הם גם הראו שהמערכת יכולה לזהות ולעקוב אחר תנועתם של עצמים אלה. החוקרים בוחנים כעת את הפוטנציאל של המערכת ביישומים מעשיים, כמו תנועה אוטונומית של רובוטים וכלי רכב, וחוקרים את האפשרות להחליף את מצלמת ה-ToF במערך פוטודיודות מפולת חד-פוטוניים רגישים יותר עבור מדידות למרחקים ארוכים יותר. .