Новая 3D система лидара для улучшения отслеживания объектов и измерения расстояния

Исследователи под руководством Сусуму Ноды из Киотского университета в Японии опубликовали исследование о своей новой не механической 3D системе лидара. Система помещается в ладони и способна измерять расстояние плохо отражающих объектов и автоматически отслеживать их движение.

Исследование было опубликовано в Optica.

Объединение сканирования и вспышечного освещения

По словам Ноды, “С нашей системой лидара роботы и транспортные средства смогут надежно и безопасно ориентироваться в динамичных средах, не теряя из виду плохо отражающие объекты, такие как черные металлические машины”. Он добавил, что включение этой технологии в автомобили сделает автономное вождение более безопасным.

Новая система стала возможной благодаря уникальному источнику света, называемому двойным модулированным фотонно-кристаллическим лазером (DM-PCSEL). DM-PCSEL объединяет не механическое, электронно-контролируемое сканирование луча с вспышечным освещением, используемым в системах лидара с вспышкой, для получения полного 3D изображения с помощью одного вспышки света. Этот источник света основан на микросхеме и потенциально может позволить разработать систему лидара, полностью интегрированную на микросхему.

Системы лидара создают карту объектов, освещая их лазерными лучами и рассчитывая расстояние этих объектов, измеряя время полета (ToF) лучей. Большинство существующих и разрабатываемых систем лидара полагаются на движущиеся части, что делает их громоздкими, дорогими и ненадежными. Системы лидара с вспышкой используют один широкий и диффузный луч света для одновременного освещения и оценки расстояний всех объектов в поле зрения. Однако системы лидара с вспышкой не могут измерять расстояния плохо отражающих объектов и склонны быть большими из-за внешних линз и оптических элементов, необходимых для создания вспышечного луча.

Разработка нового источника света

Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи разработали источник света DM-PCSEL, который имеет как вспышечное освещение, так и возможности сканирования луча. Исследователи включили этот источник света в систему лидара 3D, что позволяет одновременно измерять многие объекты с широким вспышечным освещением и избирательно освещать плохо отражающие объекты более концентрированным лучом света. Они также установили камеру ToF и разработали программное обеспечение для автоматического отслеживания движения плохо отражающих объектов с помощью сканирования луча.

“Наша система лидара на основе DM-PCSEL позволяет нам одновременно измерять высоко отражающие и плохо отражающие объекты”, сказал Нода. “Лазеры, камера ToF и все необходимые компоненты, необходимые для работы системы, были собраны компактно, в результате чего общий размер системы меньше, чем размер визитной карточки.”

Исследователи продемонстрировали систему, используя ее для измерения расстояний плохо отражающих объектов, размещенных на столе в лаборатории. Они также показали, что система может распознавать и отслеживать движение этих объектов. Исследователи сейчас исследуют потенциал системы в практических приложениях, таких как автономное движение роботов и транспортных средств, и изучают возможность замены камеры ToF на более оптически чувствительный массив одnofotonных аваланшных фотодиодов для измерений на больших расстояниях.