Echipa a creat un nou sistem Lidar care ar putea îmbunătăți siguranța conducere autonomă

O echipă de cercetători condusă de Susumu Noda de la Universitatea din Kyoto, Japonia, a descris noul sistem Lidar 3D fără mecanică în Optica. Noul sistem poate fi încălzit în palmă și poate fi utilizat pentru a măsura distanța obiectelor slab reflectorizante și pentru a urmări automat mișcarea obiectelor.

“Cu sistemul nostru Lidar, roboții și vehiculele vor putea naviga în mod sigur și fiabil în medii dinamice fără a pierde din vedere obiectele slab reflectorizante, cum ar fi mașinile metalice negre”, spune Noda. “Incorporarea acestei tehnologii în mașini, de exemplu, ar face conducerea autonomă mai sigură.”

Mulțumită dezvoltării unui chip de lumină unic numit laser cu cristal fotonic dual modulat (DM-PCSEL), noul sistem a fost posibil. Acest progres poate duce în cele din urmă la crearea unui sistem Lidar 3D pe cip, complet solid.

“Sistemul DM-PCSEL integrează scanarea electronică non-mecanică a fasciculului cu iluminarea cu flash utilizată în Lidar cu flash pentru a obține o imagine 3D completă cu un singur flash de lumină”, spune Noda. “Această sursă unică ne permite să obținem atât iluminarea cu flash, cât și iluminarea de scanare fără părți mobile sau elemente optice externe voluminoase, cum ar fi lentilele și elementele optice difractive.”

Combinația de scanare și iluminare cu flash

Sistemele Lidar utilizează fascicule laser pentru a ilumina obiectele și pentru a calcula distanța lor prin măsurarea timpului necesar pentru ca fasciculele să călătorească, să se reflecteze și să se întoarcă (ToF). Cu toate acestea, majoritatea sistemelor Lidar actuale și în curs de dezvoltare se bazează pe părți mobile, cum ar fi motoare, pentru a scana fasciculul laser, făcându-le voluminoase, scumpe și nesigure.

Lidarul cu flash este o abordare non-mecanică care utilizează un singur fascicul larg și difuz de lumină pentru a ilumina și a evalua distanțele tuturor obiectelor din câmpul vizual. Cu toate acestea, sistemele Lidar cu flash nu pot măsura distanțele obiectelor slab reflectorizante, cum ar fi mașinile metalice negre, din cauza reflectivității lor scăzute. Mai mult, elemente optice externe, cum ar fi lentilele, sunt necesare pentru a crea fasciculul cu flash, făcând aceste sisteme mari.

Cercetătorii au dezvoltat sursa de lumină DM-PCSEL pentru a depăși aceste limitări. Sursa de lumină include o sursă de flash care poate ilumina un câmp vizual larg de 30°×30° și o sursă de scanare a fasciculului care oferă iluminare punctuală cu 100 de fascicule laser înguste.

Cercetătorii au integrat DM-PCSEL într-un sistem Lidar 3D, care le-a permis să măsoare distanțele mai multor obiecte simultan utilizând iluminarea cu flash largă, în timp ce iluminează selectiv obiectele slab reflectorizante cu un fascicul de lumină mai concentrat. Pentru a efectua măsurători de distanță și urmărire automată a mișcării obiectelor slab reflectorizante, cercetătorii au instalat o cameră ToF și au dezvoltat software care utilizează iluminarea de scanare.

Măsurarea distanței obiectelor slab reflectorizante

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

Cercetătorii au demonstrat noul sistem utilizându-l pentru a măsura distanțele obiectelor slab reflectorizante care au fost plasate pe o masă într-un laborator. Ei au reușit, de asemenea, să demonstreze că sistemul poate recunoaște în mod automat obiectele slab reflectorizante și să urmărească mișcarea lor prin iluminare selectivă.

Echipa va continua să demonstreze sistemul în aplicații practice, cum ar fi mișcarea autonomă a roboților și vehiculelor.