Noul sistem 3D Lidar pentru îmbunătățirea urmăririi obiectelor și a măsurării distanței

Cercetătorii condus de Susumu Noda de la Universitatea din Kyoto, Japonia, au publicat o studiu despre noul sistem 3D lidar non-mecanic. Sistemul se potrivește în palmă și este capabil să măsoare distanța obiectelor slab reflectante și să urmărească automat mișcarea lor.

Cercetarea a fost publicată în Optica.

Combinarea scanării și a iluminării cu flash

Conform lui Noda, “Cu sistemul nostru lidar, roboții și vehiculele vor putea să navigheze în mod sigur și fiabil în medii dinamice, fără a pierde din vedere obiectele slab reflectante, cum ar fi mașinile metalice negre.” El a adăugat că integrarea tehnologiei în mașini va face conducerea autonomă mai sigură.

Noul sistem este posibil datorită unei surse de lumină unice, numită laser cu cristal fotonic dual modulat (DM-PCSEL). DM-PCSEL integrează scanarea non-mecanică, controlată electronic, cu iluminarea cu flash utilizată în lidar cu flash pentru a obține o imagine 3D completă cu un singur flash de lumină. Această sursă de lumină este bazată pe cip și ar putea permite, în cele din urmă, dezvoltarea unui sistem lidar 3D complet solid pe cip.

Sistemele lidar hărțiesc obiectele prin iluminarea lor cu fascicule laser și calcularea distanței acestor obiecte prin măsurarea timpului de zbor (ToF) al fasciculelor. Cele mai multe sisteme lidar existente și în curs de dezvoltare se bazează pe piese mobile, ceea ce le face voluminoase, scumpe și neverosimile. Sistemele lidar cu flash utilizează un singur fascicul larg și difuz de lumină pentru a ilumina și a evalua simultan distanțele tuturor obiectelor din vedere. Cu toate acestea, sistemele lidar cu flash nu pot măsura distanțele obiectelor slab reflectante și tind să fie mari din cauza lentilelor și elementelor optice externe necesare pentru a crea fasciculul cu flash.

Dezvoltarea noii surse de lumină

Pentru a depăși aceste limitări, cercetătorii au dezvoltat sursa de lumină DM-PCSEL, care are atât capacitatea de iluminare cu flash, cât și de scanare a fasciculului. Cercetătorii au integrat această sursă de lumină într-un sistem lidar 3D, permițând măsurarea simultană a multor obiecte cu iluminare cu flash largă și iluminarea selectivă a obiectelor slab reflectante cu un fascicul de lumină mai concentrat. De asemenea, au instalat o cameră ToF și au dezvoltat software pentru urmărirea automată a mișcării obiectelor slab reflectante utilizând iluminarea cu scanare a fasciculului.

“Sistemul nostru lidar bazat pe DM-PCSEL ne permite să măsurăm obiectele slab reflectante și pe cele foarte reflectante în același timp”, a spus Noda. “Laserul, camera ToF și toate componentele asociate necesare pentru a opera sistemul au fost asamblate în mod compact, rezultând un sistem cu o amprentă totală mai mică decât o carte de afaceri.”

Cercetătorii au demonstrat sistemul utilizându-l pentru a măsura distanțele obiectelor slab reflectante plasate pe o masă într-un laborator. De asemenea, au arătat că sistemul poate recunoaște și urmări mișcarea acestor obiecte. Cercetătorii explorează acum potențialul sistemului în aplicații practice, cum ar fi mișcarea autonomă a roboților și vehiculelor, și investighează posibilitatea de a înlocui camera ToF cu un array de fotodioduri cu avalanșă de fotoni mai sensibili optic pentru măsurări pe distanțe mai lungi.