새로운 3D 라이다 시스템을 통한 개선된 객체 추적 및 거리 측정

일본 교토 대학의 Susumu Noda가 이끄는 연구진은 새로운 비기계적 3D 라이다 시스템에 대한 연구를 발표했습니다. 이 시스템은 손바닥 안에 들어갈 정도로 작고, 반사율이 낮은 물체의 거리를 측정하고, 자동으로 그들의 움직임을 추적할 수 있습니다.

이 연구는 Optica에 발표되었습니다.

스キャ닝과 플래시 조명 결합

노다에 따르면, “우리의 라이다 시스템을 사용하면 로봇과 차량이 동적 환경에서 반사율이 낮은 물체를 잃지 않고 안전하게 탐색할 수 있습니다.” 그는 또한 이 기술을 차량에 통합하면 자율 주행이 더 안전해질 것이라고 추가했습니다.

새로운 시스템은 두 가지 모드의 광자 크리스탈 레이저(DM-PCSEL)라는 고유한 광원을 사용하여 가능합니다. DM-PCSEL은 비기계적, 전자적으로 제어되는 빔 스캐닝과 플래시 조명을 결합하여 단일 플래시로 전체 3D 이미지를 획득할 수 있습니다. 이 광원은 칩 기반으로 되어 있으며, 궁극적으로 온칩 올솔리드스테이트 3D 라이다 시스템의 개발을 가능하게 할 수 있습니다.

라이다 시스템은 레이저 빔으로 물체를照明하고, 빔의 비행 시간(ToF)을 측정하여 물체의 거리를 계산합니다. 대부분의 기존 및 개발 중인 라이다 시스템은 움직이는 부품에 의존하여, 체적이 크고, 비싸고, 신뢰할 수 없습니다. 플래시 라이다 시스템은 단일 광선으로 동시에 모든 물체의 거리를 측정할 수 있지만, 반사율이 낮은 물체의 거리를 측정할 수 없고, 플래시 빔을 생성하기 위한 외부 렌즈와 광학 요소로 인해 크기가 커질 수 있습니다.

새로운 광원 개발

이러한 제한을 극복하기 위해 연구진은 플래시 조명과 빔 스캐닝 기능을 모두 갖춘 DM-PCSEL 광원을 개발했습니다. 연구진은 이 광원을 3D 라이다 시스템에 통합하여, 광범위한 플래시 조명과 더 집중된 빔으로 반사율이 낮은 물체를 선택적으로照明할 수 있습니다. 또한 ToF 카메라를 설치하고, 빔 스캐닝 조명을 사용하여 반사율이 낮은 물체의 움직임을 자동으로 추적하는 소프트웨어를 개발했습니다.

“우리의 DM-PCSEL 기반 3D 라이다 시스템을 사용하면 반사율이 높은 물체와 반사율이 낮은 물체를 동시에 측정할 수 있습니다.”라고 노다는 말했습니다. “레이저, ToF 카메라 및 시스템을 작동시키기 위한 모든 구성 요소는 컴팩트한 방식으로 조립되어, 총 시스템 크기는 비즈니스 카드보다 작습니다.”

연구진은 실험실에서 테이블에 đặt된 반사율이 낮은 물체의 거리를 측정하여 시스템을 시연했습니다. 또한 시스템이 이러한 물체의 움직임을 인식하고 추적할 수 있음을 보여주었습니다. 연구진은 현재 시스템의 실제 적용 가능성, 예를 들어 로봇과 차량의 자율 이동,을 탐색하고 있으며, 더 긴 거리 측정을 위한 ToF 카메라를 더 광학적으로 민감한 단일 광자 어발란치 포토다이오드 어레이로 대체하는 가능성을 조사하고 있습니다.