Команда создала новую лидарную систему, которая может улучшить безопасность автономного вождения

Команда исследователей под руководством Сусуму Ноды из Киотского университета в Японии описала свою новую немеханическую 3D-лидарную систему в Optica. Новая система может поместиться в ладонь и может быть использована для измерения расстояния до плохо отражающих объектов и автоматического отслеживания движения этих объектов.

«С нашей лидарной системой роботы и транспортные средства смогут надежно и безопасно ориентироваться в динамичных средах без потери из виду плохо отражающих объектов, таких как черные металлические автомобили», – говорит Нода. «Включение этой технологии в автомобили, например, сделает автономное вождение более безопасным».

Благодаря разработке исследователями уникального чип-основанного источника света, называемого двойным модулированным фотонно-кристаллическим лазером (DM-PCSEL), новая система стала возможной. Это достижение может в конечном итоге привести к созданию лидарной системы на одном кристалле, полностью твердотельной 3D-лидарной системы.

“DM-PCSEL объединяет немеханическую, электронно-контролируемую сканирующую подсветку с импульсной подсветкой, используемой в импульсной лидаре, для получения полного 3D-изображения с одним импульсом света”, – говорит Нода. “Этот уникальный источник позволяет нам достичь как импульсной, так и сканирующей подсветки без движущихся частей или громоздких внешних оптических элементов, таких как линзы и дифракционные оптические элементы”.

Сочетание сканирующей и импульсной подсветки

Лидарные системы используют лазерные лучи для освещения объектов и расчета их расстояния путем измерения времени, необходимого для прохождения луча, отражения и возвращения (ToF). Однако большинство лидарных систем, используемых в настоящее время и находящихся в разработке, полагаются на движущиеся части, такие как двигатели, для сканирования лазерного луча, что делает их громоздкими, дорогими и ненадежными.

Импульсная лидар – это немеханический подход, который использует один широкий, диффузный луч света для освещения и оценки расстояний всех объектов в поле зрения. Однако системы импульсной лидар не могут измерить расстояние до плохо отражающих объектов, таких как черные металлические автомобили, из-за их низкой отражающей способности. Кроме того, для создания импульсного луча требуются внешние линзы и оптические элементы, что делает эти системы большими.

Исследователи разработали источник света DM-PCSEL, чтобы преодолеть эти ограничения. Источник света включает в себя импульсный источник, который может освещать широкое поле зрения 30°×30°, и источник сканирования луча, который обеспечивает точечное освещение с 100 узкими лазерными лучами.

Исследователи интегрировали DM-PCSEL в 3D-лидарную систему, что позволило им измерять расстояния нескольких объектов одновременно с помощью широкой импульсной подсветки, а также селективно освещать плохо отражающие объекты более концентрированным лучом света. Для выполнения измерений расстояний и автоматического отслеживания движения плохо отражающих объектов исследователи установили камеру ToF и разработали программное обеспечение, которое использует сканирующую подсветку.

Измерение расстояния до плохо отражающих объектов

“Наша лидарная система на основе DM-PCSEL позволяет нам одновременно измерять расстояние до высокоотражающих и плохо отражающих объектов”, – говорит Нода. “Лазеры, камера ToF и все связанные с ними компоненты, необходимые для работы системы, были собраны в компактном виде, в результате чего общий размер системы оказался меньше, чем у бизнес-карты”.

Исследователи продемонстрировали новую систему, используя ее для измерения расстояний до плохо отражающих объектов, которые были размещены на столе в лаборатории. Они также смогли продемонстрировать, что система может автоматически распознавать плохо отражающие объекты и отслеживать их движение с помощью селективной подсветки.

Команда теперь планирует продемонстрировать систему в практических приложениях, таких как автономное движение роботов и транспортных средств.