Novo Sistema 3D Lidar para Melhorar o Rastreamento de Objetos e Medição de Distância

Pesquisadores liderados por Susumu Noda da Universidade de Kyoto no Japão publicaram um estudo sobre seu novo sistema 3D lidar não mecânico. O sistema cabe na palma da mão e é capaz de medir a distância de objetos com baixa reflexividade e rastrear automaticamente seu movimento.

A pesquisa foi publicada em Optica.

Combinando Varredura e Iluminação por Flash

De acordo com Noda, “Com nosso sistema lidar, robôs e veículos serão capazes de navegar de forma confiável e segura em ambientes dinâmicos sem perder de vista objetos com baixa reflexividade, como carros metálicos pretos.” Ele acrescentou que incorporar a tecnologia em carros tornaria a direção autônoma mais segura.

O novo sistema é possível graças a uma fonte de luz única chamada laser de cristal fotônico modulado duplamente (DM-PCSEL). O DM-PCSEL integra varredura de feixe não mecânica, controlada eletronicamente, com iluminação por flash usada em lidar por flash para adquirir uma imagem 3D completa com um único flash de luz. Essa fonte de luz é baseada em chip e poderia eventualmente permitir o desenvolvimento de um sistema lidar 3D todo-sólido em um chip.

Sistemas lidar mapeiam objetos iluminando-os com feixes laser e calculando a distância desses objetos medindo o tempo de voo (ToF) dos feixes. A maioria dos sistemas lidar existentes e em desenvolvimento depende de peças móveis, tornando-os volumosos, caros e pouco confiáveis. Sistemas lidar por flash, por outro lado, usam um único feixe amplo e difuso de luz para iluminar e avaliar simultaneamente as distâncias de todos os objetos em vista. No entanto, sistemas lidar por flash não conseguem medir as distâncias de objetos com baixa reflexividade e tendem a ser grandes devido às lentes e elementos ópticos externos necessários para criar o feixe de flash.

Desenvolvendo a Nova Fonte de Luz

Para superar essas limitações, os pesquisadores desenvolveram a fonte de luz DM-PCSEL, que tem capacidades de iluminação por flash e varredura de feixe. Os pesquisadores incorporaram essa fonte de luz em um sistema lidar 3D, permitindo a medição simultânea de muitos objetos com iluminação por flash ampla e iluminação seletiva de objetos com baixa reflexividade com um feixe de luz mais concentrado. Eles também instalaram uma câmera ToF e desenvolveram software para o rastreamento automático do movimento de objetos com baixa reflexividade usando iluminação por varredura de feixe.

“Nosso sistema lidar 3D baseado em DM-PCSEL nos permite medir objetos altamente reflexivos e com baixa reflexividade simultaneamente”, disse Noda. “Os lasers, câmera ToF e todos os componentes associados necessários para operar o sistema foram montados de forma compacta, resultando em uma pegada de sistema total que é menor do que um cartão de visita.”

Os pesquisadores demonstraram o sistema usando-o para medir as distâncias de objetos com baixa reflexividade colocados em uma mesa em um laboratório. Eles também mostraram que o sistema pode reconhecer e rastrear o movimento desses objetos. Os pesquisadores agora estão explorando o potencial do sistema em aplicações práticas, como o movimento autônomo de robôs e veículos, e estão investigando a possibilidade de substituir a câmera ToF por uma matriz de fotodiodos de avalanche de fóton único mais opticamente sensível para medições de longa distância.