Team creëert nieuw Lidar-systeem dat de autonome rijveiligheid kan verbeteren

Een team van onderzoekers onder leiding van Susumu Noda van de Universiteit van Kyoto in Japan hebben hun nieuwe niet-mechanische 3D-lidar-systeem beschreven in optica. Het nieuwe systeem past in de palm van de hand en kan worden gebruikt om de afstand van slecht reflecterende objecten te meten en automatisch de beweging van de objecten te volgen.

"Met ons lidar-systeem kunnen robots en voertuigen betrouwbaar en veilig door dynamische omgevingen navigeren zonder slecht reflecterende objecten zoals zwartmetalen auto's uit het oog te verliezen", zegt Noda. “Het integreren van deze technologie in bijvoorbeeld auto’s zou autonoom rijden veiliger maken.”

Dankzij de ontwikkeling door de onderzoekers van een unieke op chips gebaseerde lichtbron, een dubbel gemoduleerde fotonisch-kristallaser (DM-PCSEL) genaamd, werd het nieuwe systeem mogelijk gemaakt. Deze vooruitgang kan uiteindelijk leiden tot de creatie van een on-chip, volledig solid-state 3D-lidarsysteem.

"De DM-PCSEL integreert niet-mechanische, elektronisch gestuurde bundelscanning met flitsverlichting die wordt gebruikt in flitslidar om een ​​volledig 3D-beeld te verkrijgen met een enkele lichtflits", zegt Noda. "Deze unieke bron stelt ons in staat om zowel flits- als scanverlichting te bereiken zonder bewegende delen of omvangrijke externe optische elementen, zoals lenzen en diffractieve optische elementen."

De combinatie van scannen en flitsverlichting

Lidar-systemen gebruiken laserstralen om objecten te verlichten en berekenen hun afstand door de tijd te meten die de stralen nodig hebben om te reizen, reflecteren en terugkeren (ToF). De meeste lidar-systemen die momenteel in gebruik zijn en in ontwikkeling zijn, zijn echter afhankelijk van bewegende onderdelen zoals motoren om de laserstraal te scannen, waardoor ze omvangrijk, duur en onbetrouwbaar worden.

Flitslidar is een niet-mechanische benadering die een enkele brede, diffuse lichtstraal gebruikt om de afstanden van alle objecten in het gezichtsveld te verlichten en te evalueren. Flash-lidar-systemen zijn echter niet in staat de afstanden van slecht reflecterende objecten, zoals zwartmetalen auto's, te meten vanwege hun lage reflectiviteit. Bovendien zijn er externe lenzen en optische elementen nodig om de flitsstraal te creëren, waardoor deze systemen groot zijn.

De onderzoekers ontwikkelden de DM-PCSEL-lichtbron om deze beperkingen te overwinnen. De lichtbron bevat een flitsbron die een breed gezichtsveld van 30°×30° kan verlichten en een straalscanbron die spotverlichting biedt met 100 smalle laserstralen.

De onderzoekers integreerden de DM-PCSEL in een 3D-lidarsysteem, waardoor ze de afstanden van meerdere objecten tegelijkertijd konden meten met behulp van brede flitsverlichting, terwijl ze selectief slecht reflecterende objecten verlichtten met een meer geconcentreerde lichtstraal. Om afstandsmetingen uit te voeren en automatisch de beweging van slecht reflecterende objecten te volgen, installeerden de onderzoekers een ToF-camera en ontwikkelden ze software die gebruik maakt van beam-scanning verlichting.

Meten van de afstand van slecht reflecterende objecten

"Ons op DM-PCSEL gebaseerde 3D-lidar-systeem stelt ons in staat om sterk reflecterende en slecht reflecterende objecten tegelijkertijd te bereiken", zegt Noda. "De lasers, ToF-camera en alle bijbehorende componenten die nodig zijn om het systeem te laten werken, werden op een compacte manier geassembleerd, wat resulteerde in een totale voetafdruk van het systeem die kleiner is dan een visitekaartje."

De onderzoekers demonstreerden het nieuwe systeem door het te gebruiken om de afstanden te meten van slecht reflecterende objecten die in een laboratorium op een tafel werden geplaatst. Ze konden ook aantonen dat het systeem automatisch slecht reflecterende objecten kan herkennen en hun beweging kan volgen door middel van selectieve verlichting.

Het team zal nu proberen het systeem te demonstreren in praktische toepassingen zoals de autonome beweging van robots en voertuigen.