Otonom Sürüş Güvenliğini İyileştirebilecek Yeni bir Lidar Sistemi Geliştirdiler

Kyoto Üniversitesi’nden Susumu Noda liderliğindeki bir araştırma ekibi, yeni mekanik hareket gerektirmeyen 3D lidar sistemini Optica dergisinde tanıttı. Yeni sistem, elin avucu içine sığabilecek kadar küçük ve ışığı zayıf yansıtan nesnelerin mesafesini ölçmek ve nesnelerin hareketini otomatik olarak takip etmek için kullanılabilir.

“Lidar sistemimizle, robotlar ve araçlar, ışığı zayıf yansıtan siyah metalik otomobiller gibi nesneleri gözden kaçırmadan dinamik ortamlarda güvenilir ve güvenli bir şekilde navigasyon yapabilecekler” diyor Noda. “Bu teknolojiyi, örneğin, araçlara entegre etmek, otonom sürüşü daha güvenli hale getirecektir.”

Araştırmacıların geliştirdiği benzersiz bir çip tabanlı ışık kaynağı olan çift modülasyonlu fotonik kristal lazer (DM-PCSEL) sayesinde, yeni sistem mümkün hale geldi. Bu ilerleme, sonunda tek bir yonga üzerindeki, tüm katı hal 3D lidar sisteminin yaratılmasına yol açabilir.

“DM-PCSEL, flash lidar’da kullanılan flaş aydınlatmayla birlikte elektronik olarak kontrol edilen ışın taramasını entegre ediyor ve tek bir flaş ışığıyla tam 3D görüntüyü elde ediyor” diyor Noda. “Bu benzersiz kaynak, hareketli parçalar veya büyük dış optik elemanlara, örneğin mercek ve kırınımlı optik elemanlara ihtiyaç duymadan hem flaş hem de tarama aydınlatmasını gerçekleştirmemizi sağlıyor.”

Tarama ve Flaş Aydınlatmanın Birleşimi

Lidar sistemleri nesneleri lazer ışınlarıyla aydınlatır ve ışığın nesneye gidip yansıyarak geri dönmesi için geçen süreyi (uçuş süresi, ToF) ölçerek mesafeyi hesaplar. Ancak çoğu lidar sistemi, lazer ışınını taramak için motor gibi hareketli parçalara güvenmektedir, bu da onları hantal, pahalı ve güvenilirliği düşük hale getirmektedir.

Flaş lidar, bir geniş, difüz ışın demetiyle nesnelerin mesafelerini ölçmek için kullanılan bir mekanik hareket gerektirmeyen yaklaşımdır. Ancak, flaş lidar sistemleri, düşük yansıtma özelliğine sahip nesneleri, örneğin siyah metalik arabaları, ölçmek için yeterli değildir. Ayrıca, flaş demetini oluşturmak için dış lensler ve optik elemanlar gerektirirler, bu da bu sistemleri büyük hale getirir.

Araştırmacılar, bu sınırlamaları aşmak için DM-PCSEL ışık kaynağını geliştirdiler. Işık kaynağı, 30°×30° genişlikte bir alanın tamamını aydınlatmak için bir flaş kaynağı ve 100 dar lazer ışınıyla nokta aydınlatması sağlayan bir ışın tarama kaynağı içerir.

Araştırmacılar, DM-PCSEL’i bir 3D lidar sistemine entegre ettiler, bu da onlara geniş flaş aydınlatma ile aynı anda birden fazla nesnenin mesafesini ölçme ve ışığı zayıf yansıtan nesneleri daha konsantre bir ışınla aydınlatma olanağı verdi. Kötü yansıtıcı nesnelerin mesafesini ölçmek ve hareketini otomatik olarak takip etmek için, araştırmacılar bir ToF kamera kurdu ve ışın tarama aydınlatması kullanan bir yazılım geliştirdiler.

Işığı Zayıf Yansıtan Nesnelerin Mesafesini Ölçme

“DM-PCSEL tabanlı 3D lidar sistemimiz, yüksek yansıtıcı ve ışığı zayıf yansıtan nesneleri aynı anda ölçmemizi sağlıyor” diyor Noda. “Lazerler, ToF kamera ve sistem çalıştırmak için gereken tüm bileşenler, bir kartvizitten daha küçük bir toplam sistem ayak izi ile kompakt bir şekilde birleştirildi.”

Araştırmacılar, yeni sistemi, laboratuvar masasında yerleştirilen ışığı zayıf yansıtan nesnelerin mesafesini ölçmek için kullandılar. Ayrıca, sistemin ışığı zayıf yansıtan nesneleri otomatik olarak tanıyabileceğini ve seçici aydınlatma yoluyla hareketini takip edebileceğini göstermek için gösterdiler.

Ekibe göre, şimdi sistemini, robotlar ve araçların otonom hareketi gibi pratik uygulamalarda göstermeye çalışacaklar.