Нова 3D система лідару для покращення відстежування об’єктів та вимірювання відстані

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

Дослідження було опубліковано в Optica.

Об’єднання сканування та спалахового освітлення

За словами Ноди, “Наша система лідару дозволить роботам і транспортним засобам надійно та безпечно переміщатися в динамічних середовищах, не втрачаючи з виду погано відбиваючі об’єкти, такі як чорні металеві автомобілі”. Він додав, що інтеграція цієї технології в автомобілі зробить автономне водіння безпечнішим.

Нова система стала можливою завдяки унікальному світловому джерелу, яке називається двозначно модульованим фотонно-кристалічним лазером (DM-PCSEL). DM-PCSEL інтегрує немеханічне, електронно-кероване сканування променя з спалаховим освітленням, яке використовується в спалаховому лідарі для отримання повної 3D зображення за допомогою одного спалаху світла. Це світлове джерело засноване на мікрочипі і може в майбутньому дозволити розробити систему лідару, повністю реалізовану на одному мікрочипі.

Системи лідару створюють карти об’єктів, освітлюючи їх лазерними променями та обчислюючи відстань до цих об’єктів шляхом вимірювання часу польоту (ToF) променів. Більшість існуючих і розроблюваних систем лідару використовують рухомі частини, що робить їх громіздкими, дорогими та ненадійними. Системи спалахового лідару, з іншого боку, використовують один широкий і розсіяний промінь світла для одночасного освітлення та оцінки відстаней усіх об’єктів у полі зору. Однак системи спалахового лідару не можуть вимірювати відстані до погано відбиваючих об’єктів і мають тенденцію бути великими через зовнішні лінзи та оптичні елементи, необхідні для створення спалахового променя.

Розробка нового світлового джерела

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

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

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 та відстежувати рух цих об’єктів. Дослідники зараз досліджують потенціал системи в практичних застосуваннях, таких як автономний рух роботів і транспортних засобів, і вивчають можливість заміни камери ToF на більш оптично чутливий масив одnofotonних лавинних фотодіодів для вимірювання на більших відстанях.