Нова система 3D Lidar для покращеного відстеження об’єктів і вимірювання відстані

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

Дослідження було опубліковано в Optica.

Поєднання сканування та спалаху

За словами Ноди, «за допомогою нашої лідарної системи роботи та транспортні засоби зможуть надійно та безпечно орієнтуватися в динамічному середовищі, не втрачаючи з поля зору об’єктів із слабким відображенням, 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, яке називається фотонно-кристалічним лазером з подвійною модуляцією (DM-PCSEL). DM-PCSEL об’єднує немеханічне сканування променем з електронним керуванням із освітленням спалахом, що використовується в лідарі зі спалахом, для отримання повного 3D-зображення одним спалахом світла. Це джерело світла засноване на мікросхемах і з часом може дозволити розробити вбудовану повністю твердотільну 3D-лідарну систему.

Лідарні системи створюють карту об’єктів, освітлюючи їх лазерними променями та обчислюючи відстань до цих об’єктів, вимірюючи час польоту (ToF) променів. Більшість існуючих і розроблених систем лідарів покладаються на рухомі частини, що робить їх громіздкими, дорогими та ненадійними. З іншого боку, спалахові лідарні системи використовують один широкий і розсіяний промінь світла для одночасного освітлення та оцінки відстані до всіх об’єктів у полі зору. Однак спалахові лідари не можуть вимірювати відстані до об’єктів із слабким відображенням і, як правило, великі через зовнішні лінзи та оптичні елементи, необхідні для створення променя спалаху.

Розробка нового джерела світла

Щоб подолати ці обмеження, дослідники розробили джерело світла DM-PCSEL, яке має як спалах, так і можливості сканування променя. Дослідники включили це джерело світла в систему тривимірного лідара, дозволяючи одночасно вимірювати багато об’єктів за допомогою широкого освітлення спалахом і вибіркового освітлення об’єктів із слабким відображенням більш концентрованим пучком світла. Вони також встановили камеру ToF і розробили програмне забезпечення для автоматичного відстеження руху погано відбиваючих об’єктів за допомогою освітлення зі скануванням променя.

«Наша 3D-лідарна система на основі DM-PCSEL дозволяє нам одночасно відображати об’єкти з високим і слабким відображенням», — сказав Нода. «Лазери, камера ToF та всі пов’язані компоненти, необхідні для роботи системи, були зібрані компактно, що призвело до того, що загальна площа системи менше, ніж візитна картка».

Дослідники продемонстрували систему, використовуючи її для вимірювання відстані до погано відбиваючих об’єктів, розміщених на столі в лабораторії. Вони також показали, що система може розпізнавати та відстежувати рух цих об’єктів. Зараз дослідники вивчають потенціал системи в практичних застосуваннях, таких як автономний рух роботів і транспортних засобів, і досліджують можливість заміни камери ToF більш оптично чутливою однофотонною лавинною фотодіодною матрицею для вимірювань на більших відстанях. .