ระบบ 3D Lidar ใหม่สำหรับการติดตามวัตถุและวัดระยะทางที่ดีขึ้น

นักวิจัยภายใต้การนำของ Susumu Noda จากมหาวิทยาลัยเกียวโตในญี่ปุ่นได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาเกี่ยวกับระบบ 3D Lidar ที่ไม่ใช้เครื่องจักรใหม่ของพวกเขา ระบบนี้สามารถพกพาได้และสามารถวัดระยะทางของวัตถุที่มีการสะท้อนแสงไม่ดีและติดตามการเคลื่อนไหวของวัตถุเหล่านั้นโดยอัตโนมัติ

การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Optica。

การรวมการสแกนและแสงแฟลช

ตามที่ Noda กล่าวว่า “ด้วยระบบ 3D Lidar ของเรา โรบอทและยานพาหนะจะสามารถนำทางสภาพแวดล้อมได้อย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้โดยไม่สูญเสียการมองเห็นวัตถุที่มีการสะท้อนแสงไม่ดี เช่น รถยนต์ металликсี” เขาเพิ่มเติมว่าการรวมเทคโนโลยีนี้เข้ากับรถยนต์จะทำให้การขับขี่อัตโนมัติปลอดภัยยิ่งขึ้น

ระบบใหม่นี้เป็นไปได้ด้วยแหล่งกำเนิดแสงพิเศษที่เรียกว่าเลเซอร์ฟอตอนิก-คริสตัลที่มีการปรับเปลี่ยนคู่ (DM-PCSEL) DM-PCSEL รวมการ扫描ลำแสงแบบไม่ใช้เครื่องจักรและควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์กับการส่องแสงแฟลชที่ใช้ในระบบ 3D Lidar แบบแฟลชเพื่อรับภาพ 3D ที่สมบูรณ์ด้วยการแฟลชแสงเพียงครั้งเดียว แหล่งกำเนิดแสงนี้เป็นแบบชิปและอาจทำให้เกิดการพัฒนาระบบ 3D Lidar ที่มีความแข็งแรงและสมบูรณ์แบบบนชิปในอนาคต

ระบบ 3D Lidar วัดระยะทางของวัตถุโดยการส่องแสงเลเซอร์ไปยังวัตถุและคำนวณระยะทางของวัตถุเหล่านั้นโดยการวัดเวลาของการเดินทาง (ToF) ของแสงเลเซอร์ ระบบ 3D Lidar ที่มีอยู่และกำลังพัฒนาส่วนใหญ่นั้นพึ่งพาส่วนประกอบที่เคลื่อนไหว ทำให้ระบบมีขนาดใหญ่ มีราคาแพง และไม่น่าเชื่อถือ ระบบ 3D Lidar แบบแฟลชใช้ลำแสงกว้างและกระจายเพื่อส่องแสงและประเมินระยะทางของวัตถุในมุมมองได้พร้อมกัน อย่างไรก็ตาม ระบบ 3D Lidar แบบแฟลชไม่สามารถวัดระยะทางของวัตถุที่มีการสะท้อนแสงไม่ดีและมักจะมีขนาดใหญ่เนื่องจากเลนส์และองค์ประกอบทางออปติกภายนอกที่จำเป็นในการสร้างลำแสงแฟลช

พัฒนาระบบแสงใหม่

เพื่อเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ นักวิจัยได้พัฒนาแหล่งกำเนิดแสง DM-PCSEL ซึ่งมีทั้งการแฟลชและความสามารถในการสแกนลำแสง นักวิจัยได้รวมแหล่งกำเนิดแสงนี้เข้ากับระบบ 3D Lidar ทำให้สามารถวัดระยะทางของวัตถุหลายวัตถุพร้อมกันโดยใช้การแฟลชและแสงกระจาย และสามารถส่องแสงไปยังวัตถุที่มีการสะท้อนแสงไม่ดีโดยใช้ลำแสงที่มีความเข้มข้นมากกว่า พวกเขายังติดตั้งกล้อง ToF และพัฒนาซอฟต์แวร์สำหรับการติดตามการเคลื่อนไหวของวัตถุที่มีการสะท้อนแสงไม่ดีด้วยการ扫描ลำแสง

“ระบบ 3D Lidar ของเราที่ใช้ DM-PCSEL ช่วยให้เราวัดระยะทางของวัตถุที่มีการสะท้อนแสงดีและไม่ดีพร้อมกัน” Noda กล่าว “เลเซอร์ กล้อง ToF และส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องทั้งหมดที่จำเป็นในการทำงานของระบบถูกประกอบเข้าด้วยกันในลักษณะที่กะทัดรัด ทำให้ระบบมีขนาดเล็กกว่าบัตรธุรกิจ”

นักวิจัยได้ทดสอบระบบโดยใช้มันในการวัดระยะทางของวัตถุที่มีการสะท้อนแสงไม่ดีที่วางบนโต๊ะในห้องปฏิบัติการ พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าระบบสามารถติดตามการเคลื่อนไหวของวัตถุเหล่านั้นได้ นักวิจัยกำลังสำรวจศักยภาพของระบบในแอปพลิเคชันเชิงปฏิบัติ เช่น การเคลื่อนไหวอัตโนมัติของโรบอทและยานพาหนะ และกำลังตรวจสอบความเป็นไปได้ในการแทนที่กล้อง ToF ด้วยแอร์เรย์ฟโตไดโอดอัลวาลังซึ่งมีความไวต่อแสงมากกว่าสำหรับการวัดระยะทางที่ไกลขึ้น