향상된 물체 추적 및 거리 측정을 위한 새로운 3D Lidar 시스템

일본 교토 대학의 Susumu Noda가 이끄는 연구원들은 새로운 비기계식 3D 라이다 시스템에 대한 연구를 발표했습니다. 이 시스템은 손바닥에 맞으며 반사율이 낮은 물체의 거리를 측정하고 움직임을 자동으로 추적할 수 있습니다.

이 연구는 Optica.

스캐닝과 플래시 조명의 결합

Noda에 따르면 "우리의 라이더 시스템을 통해 로봇과 차량은 검은색 금속 자동차와 같이 반사율이 낮은 물체를 놓치지 않고 역동적인 환경을 안정적이고 안전하게 탐색할 수 있습니다." 그는 이 기술을 자동차에 통합하면 자율주행이 더 안전해질 것이라고 덧붙였다.

새로운 시스템은 이중 변조 광결정 레이저(DM-PCSEL)라는 고유한 광원에 의해 가능해졌습니다. DM-PCSEL은 플래시 라이더에 사용되는 플래시 조명과 비기계식 전자 제어식 빔 스캐닝을 통합하여 단일 플래시로 완전한 3D 이미지를 획득합니다. 이 광원은 칩 기반이며 궁극적으로 온칩 완전 고체 3D 라이다 시스템의 개발을 가능하게 할 수 있습니다.

Lidar 시스템은 레이저 빔으로 물체를 비추고 빔의 비행 시간(ToF)을 측정하여 이러한 물체의 거리를 계산하여 물체를 매핑합니다. 대부분의 기존 및 개발 중인 라이더 시스템은 움직이는 부품에 의존하므로 부피가 크고 비싸며 신뢰할 수 없습니다. 반면에 플래시 라이다 시스템은 하나의 넓고 확산되는 광선을 사용하여 시야에 있는 모든 물체의 거리를 동시에 비추고 평가합니다. 그러나 플래시 라이더 시스템은 반사율이 낮은 물체의 거리를 측정할 수 없으며 플래시 빔을 생성하는 데 필요한 외부 렌즈와 광학 요소로 인해 거리가 커지는 경향이 있습니다.

새로운 광원 개발

이러한 한계를 극복하기 위해 연구원들은 플래시 조명과 빔 스캔 기능을 모두 갖춘 DM-PCSEL 광원을 개발했습니다. 연구원들은 이 광원을 3D 라이더 시스템에 통합하여 넓은 플래시 조명으로 많은 물체를 동시에 측정하고 더 집중된 광선으로 반사율이 낮은 물체를 선택적으로 조명할 수 있습니다. 또한 ToF 카메라를 설치하고 빔 스캔 조명을 사용하여 반사율이 낮은 물체의 움직임을 자동으로 추적하는 소프트웨어를 개발했습니다.

"우리의 DM-PCSEL 기반 3D 라이더 시스템을 사용하면 반사율이 높은 물체와 반사율이 낮은 물체를 동시에 범위 지정할 수 있습니다."라고 Noda는 말했습니다. "레이저, ToF 카메라 및 시스템 작동에 필요한 모든 관련 구성 요소는 컴팩트한 방식으로 조립되어 전체 시스템 공간이 명함보다 작습니다."

연구원들은 실험실의 탁자 위에 놓인 저반사 물체의 거리를 측정하기 위해 시스템을 사용하여 시스템을 시연했습니다. 그들은 또한 시스템이 이러한 물체의 움직임을 인식하고 추적할 수 있음을 보여주었습니다. 연구원들은 현재 로봇 및 차량의 자율 이동과 같은 실제 응용 분야에서 시스템의 잠재력을 탐색하고 장거리 측정을 위해 ToF 카메라를 광학적으로 더 민감한 단일 광자 애벌랜치 포토다이오드 어레이로 대체할 가능성을 조사하고 있습니다. .