Нова 3D система лідар для покращення відстеження об’єктів та вимірювання відстані

Дослідники під керівництвом Сусуму Ноди з Кіотського університету в Японії опублікували дослідження своєї нової немеханічної 3D системи лідар. Система поміщається в долоні руки і здатна вимірювати відстань до погано відбиваючих об’єктів і автоматично відстежувати їх рух.

Дослідження було опубліковано в Optica.

Об’єднання сканування та флеш освітлення

За словами Ноди, “З нашою системою лідар, робототехніка і транспортні засоби зможуть надійно і безпечно переміщатися в динамічних середовищах без втрати з поля зору погано відбиваючих об’єктів, таких як чорні металеві автомобілі”. Він додав, що впровадження цієї технології в автомобілі зробить автономне водіння безпечнішим.

Нова система стала можливою завдяки унікальному джерелу світла, який називається двозначно модульованим фотонно-кристалічним лазером (DM-PCSEL). DM-PCSEL інтегрує немеханічне, електронно-кероване сканування променя з флеш освітленням, яке використовується в системах лідар, для отримання повної 3D зображення за допомогою одного флешу світла. Це джерело світла засноване на чипі і може в майбутньому дозволити розробити систему лідар повністю на одному чипі.

Системи лідар створюють карти об’єктів, освітлюючи їх лазерними променями і обчислюючи відстань цих об’єктів шляхом вимірювання часу польоту (ToF) променів. Більшість існуючих і розроблюваних систем лідар залежать від рухомих частин, що робить їх громіздкими, дорогими і ненадійними. Системи флеш лідар, з іншого боку, використовують один широкий і дифузний промінь світла для одночасного освітлення і оцінки відстаней усіх об’єктів на виду. Однак системи флеш лідар не можуть вимірювати відстані до погано відбиваючих об’єктів і схильні бути великими через зовнішні лінзи і оптичні елементи, необхідні для створення флеш променя.

Розробка нового джерела світла

Для подолання цих обмежень дослідники розробили джерело світла DM-PCSEL, яке має можливості флеш освітлення і сканування променя. Дослідники інтегрували це джерело світла в систему лідар, що дозволяє одночасно вимірювати багато об’єктів з широким флеш освітленням і вибірковим освітленням погано відбиваючих об’єктів більш концентрованим променем світла. Вони також встановили камеру ToF і розробили програмне забезпечення для автоматичного відстеження руху погано відбиваючих об’єктів за допомогою сканування променя.

“Наша система лідар на основі DM-PCSEL дозволяє нам одночасно вимірювати відстані до високо відбиваючих і погано відбиваючих об’єктів”, – сказав Нода. “Лазери, камера ToF і всі необхідні компоненти для роботи системи були зібрані компактно, в результаті чого загальний розмір системи менший за візитну картку”.

Дослідники продемонстрували систему, використовуючи її для вимірювання відстаней до погано відбиваючих об’єктів, розміщених на столі в лабораторії. Вони також показали, що система може розпізнавати і відстежувати рух цих об’єктів. Дослідники зараз досліджують потенціал системи в практичних застосуваннях, таких як автономний рух робототехніки і транспортних засобів, і вивчають можливість заміни камери ToF на більш оптично чутливий масив фотодіодів для вимірювання на більших відстанях.