Hệ Thống 3D Lidar Mới Cho Theo Dõi Đối Tượng Và Đo Lường Khoảng Cách Cải Tiến

Những nhà nghiên cứu do Susumu Noda từ Đại học Kyoto ở Nhật Bản dẫn đầu đã công bố một nghiên cứu về hệ thống 3D lidar không cơ học mới của họ. Hệ thống này vừa lòng bàn tay và có khả năng đo khoảng cách của các vật thể phản xạ kém và tự động theo dõi chuyển động của chúng.

Nghiên cứu này được công bố trên Optica.

Kết Hợp Quét Và Chiếu Sáng Flash

Theo Noda, “Với hệ thống lidar của chúng tôi, robot và xe sẽ có thể điều hướng đáng tin cậy và an toàn trong môi trường động mà không mất dấu các vật thể phản xạ kém như xe ô tô màu đen.” Ông thêm rằng việc tích hợp công nghệ này vào xe sẽ làm cho lái xe tự động an toàn hơn.

Hệ thống mới này được thực hiện có thể nhờ một nguồn ánh sáng độc đáo gọi là laser photon-crystal dually modulated (DM-PCSEL). DM-PCSEL tích hợp quét chùm tia không cơ học, được điều khiển điện tử với chiếu sáng flash được sử dụng trong lidar flash để thu được hình ảnh 3D đầy đủ với một lần flash ánh sáng. Nguồn ánh sáng này dựa trên chip và cuối cùng có thể cho phép phát triển một hệ thống lidar 3D tất cả trên chip.

Các hệ thống lidar tạo bản đồ vật thể bằng cách chiếu chúng với chùm tia laser và tính toán khoảng cách của các vật thể này bằng cách đo thời gian bay (ToF) của các chùm tia. Hầu hết các hệ thống lidar hiện có và đang phát triển dựa trên các bộ phận di chuyển, khiến chúng cồng kềnh, đắt tiền và không đáng tin cậy. Hệ thống lidar flash, mặt khác, sử dụng một chùm ánh sáng rộng và phân tán để chiếu sáng và đánh giá khoảng cách của tất cả các vật thể trong tầm nhìn đồng thời. Tuy nhiên, hệ thống lidar flash không thể đo khoảng cách của các vật thể phản xạ kém và có xu hướng lớn do các thấu kính và yếu tố quang học bên ngoài cần thiết để tạo ra chùm ánh sáng flash.

Phát Triển Nguồn Ánh Sáng Mới

Để vượt qua những hạn chế này, các nhà nghiên cứu đã phát triển nguồn ánh sáng DM-PCSEL, có khả năng chiếu sáng flash và quét chùm tia. Các nhà nghiên cứu đã tích hợp nguồn ánh sáng này vào một hệ thống lidar 3D, cho phép đo đồng thời nhiều vật thể với chiếu sáng flash rộng và chiếu sáng chọn lọc các vật thể phản xạ kém với một chùm ánh sáng tập trung hơn. Họ cũng đã cài đặt một máy ảnh ToF và phát triển phần mềm để theo dõi tự động chuyển động của các vật thể phản xạ kém bằng cách sử dụng chiếu sáng quét chùm tia.

“Hệ thống lidar 3D dựa trên DM-PCSEL của chúng tôi cho phép chúng tôi đo khoảng cách của các vật thể phản xạ cao và phản xạ kém đồng thời,” Noda nói. “Các laser, máy ảnh ToF và tất cả các thành phần liên quan cần thiết để vận hành hệ thống đã được lắp ráp một cách紧凑, kết quả là diện tích hệ thống tổng thể nhỏ hơn một thẻ kinh doanh.”

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh hệ thống này bằng cách sử dụng nó để đo khoảng cách của các vật thể phản xạ kém đặt trên một bàn trong phòng thí nghiệm. Họ cũng đã chỉ ra rằng hệ thống có thể nhận ra và theo dõi chuyển động của các vật thể này. Các nhà nghiên cứu hiện đang khám phá tiềm năng của hệ thống trong các ứng dụng thực tế, chẳng hạn như chuyển động tự động của robot và xe, và đang điều tra khả năng thay thế máy ảnh ToF bằng một mảng photon đơn nhạy quang hơn cho các phép đo khoảng cách dài hơn.