הצוות יוצר מערכת Lidar חדשה שיכולה לשפר את בטיחות הנהיגה האוטונומית

צוות חוקרים בראשות סוסומו נודה מאוניברסיטת קיוטו ביפן תיאר את מערכת הלידר התלת-ממדית הלא מכנית שלהם ב- אופטיקה. המערכת החדשה יכולה להשתלב בכף היד וניתן להשתמש בה כדי למדוד את המרחק של עצמים רעיוניים ולעקוב אוטומטית אחר תנועתם של העצמים.

"עם מערכת הלידר שלנו, רובוטים וכלי רכב יוכלו לנווט באופן אמין ובטוח בסביבות דינמיות מבלי לאבד את הראייה של עצמים מחזירים בצורה גרועה כמו מכוניות מתכתיות שחורות", אומר נודה. "שילוב הטכנולוגיה הזו במכוניות, למשל, יהפוך את הנהיגה האוטונומית לבטוחה יותר."

הודות לפיתוח החוקרים של מקור אור ייחודי המבוסס על שבבים הנקרא לייזר פוטו-גביש מווסת כפולה (DM-PCSEL), התאפשרה המערכת החדשה. התקדמות זו עשויה להוביל בסופו של דבר ליצירת מערכת לידר תלת-ממדית על-שבב.

"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 בודד", אומר נודה. "מקור ייחודי זה מאפשר לנו להשיג תאורת פלאש וסריקה ללא כל חלקים נעים או אלמנטים אופטיים חיצוניים מגושמים, כגון עדשות ואלמנטים אופטיים עקיפים."

השילוב של סריקה והארת פלאש

מערכות Lidar משתמשות בקרני לייזר כדי להאיר עצמים ולחשב את המרחק שלהם על ידי מדידת הזמן שלוקח לקורות לעבור, להחזיר ולחזור (ToF). עם זאת, רוב מערכות הלידר הנמצאות כיום בשימוש ובפיתוח מסתמכות על חלקים נעים כגון מנועים כדי לסרוק את קרן הלייזר, מה שהופך אותם למגושמים, יקרים ולא אמינים.

Flash lidar היא גישה לא מכנית המשתמשת באלומת אור אחת רחבה ומפוזרת כדי להאיר ולהעריך את המרחקים של כל העצמים בשדה הראייה. עם זאת, מערכות לידר פלאש אינן מסוגלות למדוד את המרחקים של עצמים רעיוניים כמו מכוניות מתכתיות שחורות בגלל יכולת ההשתקפות הנמוכה שלהן. יתר על כן, נדרשים עדשות חיצוניות ואלמנטים אופטיים ליצירת אלומת הבזק, מה שהופך את המערכות הללו לגדולות.

החוקרים פיתחו את מקור האור DM-PCSEL כדי להתגבר על מגבלות אלו. מקור האור כולל מקור הבזק שיכול להאיר שדה ראייה רחב של 30°×30° ומקור סריקת קרן המספק הארה נקודתית עם 100 קרני לייזר צרות.

החוקרים שילבו את ה-DM-PCSEL במערכת לידר תלת-ממדית, שאפשרה להם למדוד את המרחקים של מספר עצמים בו-זמנית באמצעות תאורת פלאש רחבה תוך הארה סלקטיבית של עצמים רעיוניים עם אלומת אור מרוכזת יותר. כדי לבצע מדידות מרחק ומעקב אוטומטי אחר תנועתם של עצמים רעיוניים, התקינו החוקרים מצלמת ToF ופיתחו תוכנה המשתמשת בתאורת אלומה.

מדידת המרחק של עצמים רעיוניים

"מערכת הלידר התלת-ממדית שלנו, המבוססת על DM-PCSEL, מאפשרת לנו להרחיב אובייקטים מחזירי אור ואובייקטים רעים בו-זמנית", אומר 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 החדשה על ידי שימוש בה כדי למדוד את המרחקים של עצמים בעלי השתקפות גרועה שהונחו על שולחן במעבדה. הם גם הצליחו להדגים שהמערכת יכולה לזהות באופן אוטומטי עצמים רעיוניים ולעקוב אחר תנועתם באמצעות תאורה סלקטיבית.

הצוות יחפש כעת להדגים את המערכת ביישומים מעשיים כמו תנועה אוטונומית של רובוטים וכלי רכב.