Команда створила нову лідарну систему, яка може покращити безпеку автономного руху

Команда дослідників під керівництвом Сусуму Ноди з університету Кіото в Японії описала свою нову немеханічну 3D-лідарну систему в Optica. Нова система може поміститися в долоню руки і може бути використана для вимірювання відстані слабо відбиваючих об’єктів і автоматичного відстеження руху цих об’єктів.

“З нашою лідарною системою, роботами і транспортними засобами буде можливо надійно і безпечно переміщатися в динамічних середовищах без втрати з поля зору слабо відбиваючих об’єктів, таких як чорні металеві автомобілі”, – каже Нода. “Включення цієї технології в автомобілі, наприклад, зробить автономний рух безпечнішим”.

Дякуючи розробці дослідниками унікальної чипової світлової джерела під назвою двійково модульований фотонний кристалічний лазер (DM-PCSEL), нова система стала можливою. Цей прогрес може в кінцевому підсумку привести до створення лідарної системи на одному чипі, повністю твердотільної 3D-лідарної системи.

“DM-PCSEL інтегрує немеханічну, електронно контрольовану сканування променя з імпульсним освітленням, яке використовується в імпульсному лідарі для отримання повного 3D-образу за допомогою одного імпульсу світла”, – каже Нода. “Ця унікальна джерело дозволяє нам досягти як імпульсного, так і сканувального освітлення без будь-яких рухомих частин або громіздких зовнішніх оптичних елементів, таких як лінзи та дифракційні оптичні елементи”.

Комбінація сканування і імпульсного освітлення

Лідарні системи використовують лазерні промені для освітлення об’єктів і розрахунку їхньої відстані шляхом вимірювання часу, необхідного для проходження променя, відбивання і повернення (ToF). Однак більшість лідарних систем, які зараз використовуються і розробляються, залежать від рухомих частин, таких як двигуни, для сканування лазерного променя, що робить їх громіздкими, дорогими і ненадійними.

Імпульсний лідар – це немеханічний підхід, який використовує один широкий, дифузний промінь світла для освітлення і оцінки відстаней усіх об’єктів в полі зору. Однак системи імпульсного лідара не можуть виміряти відстань слабо відбиваючих об’єктів, таких як чорні металеві автомобілі, через їхню низьку відбивність. Крім того, зовнішні лінзи та оптичні елементи необхідні для створення імпульсного променя, що робить ці системи великими.

Дослідники розробили джерело світла DM-PCSEL для подолання цих обмежень. Джерело світла включає в себе імпульсне джерело, яке може освітлювати широке поле зору 30°×30°, і джерело сканування променя, яке забезпечує точкове освітлення 100 вузькими лазерними променями.

Дослідники інтегрували DM-PCSEL в 3D-лідарну систему, що дозволило їм виміряти відстань декількох об’єктів одночасно за допомогою широкого імпульсного освітлення, а також вибірково освітлювати слабо відбиваючі об’єкти більш концентрованим променем світла. Для виконання вимірювань відстані і автоматичного відстеження руху слабо відбиваючих об’єктів дослідники встановили камеру ToF і розробили програмне забезпечення, яке використовує сканування променя.

Вимірювання відстані слабо відбиваючих об’єктів

“Наша лідарна система на основі DM-PCSEL дозволяє нам виміряти відстань як високо відбиваючих, так і слабо відбиваючих об’єктів одночасно”, – каже Нода. “Лазери, камера ToF і всі необхідні компоненти для роботи системи були зібрані компактно, в результаті чого загальний розмір системи менший, ніж розмір візитної картки”.

Дослідники продемонстрували нову систему, використовуючи її для вимірювання відстані слабо відбиваючих об’єктів, які були розміщені на столі в лабораторії. Вони також змогли продемонструвати, що система може автоматично розпізнавати слабо відбиваючі об’єкти і відстежувати їхній рух за допомогою вибіркового освітлення.

Команда тепер планує продемонструвати систему в практичних застосуваннях, таких як автономний рух роботів і транспортних засобів.