Nowy system 3D Lidar do poprawy śledzenia obiektów i pomiaru odległości

Naukowcy pod kierownictwem Susumu Nody z Uniwersytetu w Kioto w Japonii opublikowali badanie na temat ich nowego niezmechanicznego systemu 3D lidar. System ten mieści się na dłoni i jest w stanie mierzyć odległość słabo odbijających obiektów i automatycznie śledzić ich ruch.

Badanie zostało opublikowane w Optica.

Połączenie skanowania i oświetlenia błyskowego

Według Nody, “Naszym systemem lidar, roboty i pojazdy będą mogły niezawodnie i bezpiecznie poruszać się w dynamicznych środowiskach, nie tracąc z oczu słabo odbijających obiektów, takich jak czarne samochody metalowe”. Dodał, że włączenie tej technologii do samochodów sprawi, że jazda autonomiczna będzie bezpieczniejsza.

Nowy system jest możliwy dzięki unikalnemu źródłu światła zwanemu dwukrotnie modyfikowanym laserem fotonicznym (DM-PCSEL). DM-PCSEL łączy niezmechaniczne, elektronicznie sterowane skanowanie wiązki z oświetleniem błyskowym stosowanym w lidarze błyskowym w celu uzyskania pełnego obrazu 3D przy użyciu jednego błysku światła. To źródło światła jest oparte na układzie scalonym i może umożliwić rozwój systemu lidar 3D w całości na chipie.

Systemy lidar mapują obiekty, oświetlając je wiązkami laserowymi i obliczając odległość tych obiektów, mierząc czas lotu (ToF) wiązek. Większość istniejących i rozwijanych systemów lidar opiera się na ruchomych częściach, co sprawia, że są one duże, drogie i niewiarygodne. Systemy lidar błyskowego używają jednej szerokiej i rozproszonej wiązki światła do jednoczesnego oświetlenia i oceny odległości wszystkich obiektów w zasięgu. Jednak systemy lidar błyskowego nie mogą mierzyć odległości słabo odbijających obiektów i mają tendencję do bycia dużymi z powodu zewnętrznych soczewek i elementów optycznych wymaganych do utworzenia wiązki błyskowej.

Rozwój nowego źródła światła

Aby pokonać te ograniczenia, naukowcy opracowali źródło światła DM-PCSEL, które ma zarówno możliwości oświetlenia błyskowego, jak i skanowania wiązki. Naukowcy włączyli to źródło światła do systemu lidar 3D, umożliwiając jednoczesne pomiarowanie wielu obiektów z szerokim oświetleniem błyskowym i selektywnym oświetleniem słabo odbijających obiektów z bardziej skoncentrowaną wiązką światła. Zainstalowali również kamerę ToF i opracowali oprogramowanie do automatycznego śledzenia ruchu słabo odbijających obiektów przy użyciu oświetlenia skanującego.

“Nasz system lidar 3D oparty na DM-PCSEL pozwala nam na pomiarowanie zarówno bardzo odbijających, jak i słabo odbijających obiektów jednocześnie”, powiedział Noda. “Lasery, kamera ToF i wszystkie składniki wymagane do działania systemu zostały złożone w sposób kompaktowy, co dało efekt końcowy mniejszy niż karta biznesowa”.

Naukowcy zademonstrowali system, używając go do pomiaru odległości słabo odbijających obiektów umieszczonych na stole w laboratorium. Pokazali również, że system może rozpoznać i śledzić ruch tych obiektów. Naukowcy obecnie badają potencjał systemu w praktycznych zastosowaniach, takich jak ruch autonomiczny robotów i pojazdów, oraz badają możliwość zastąpienia kamery ToF bardziej optycznie wrażliwą matrycą fotodiodów lawinowych dla pomiarów na dłuższe odległości.