Đội ngũ tạo ra hệ thống Lidar mới có thể cải thiện an toàn lái xe tự động

Một nhóm các nhà điều tra do Susumu Noda từ Đại học Kyoto ở Nhật Bản dẫn đầu đã mô tả hệ thống lidar 3D không cơ học mới của họ trong Optica. Hệ thống mới này có thể vừa với lòng bàn tay và có thể được sử dụng để đo khoảng cách của các vật thể phản xạ kém và tự động theo dõi chuyển động của các vật thể.

“Với hệ thống lidar của chúng tôi, robot và xe tự hành 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 kim loại đen,” Noda nói. “Đồng bộ hóa công nghệ này vào xe ô tô, ví dụ, sẽ làm cho lái xe tự động an toàn hơn.”

Cảm ơn sự phát triển của một con chip nguồn ánh sáng độc đáo gọi là laser photon-crystal được điều chế đôi (DM-PCSEL), hệ thống mới này đã được tạo ra. Sự tiến bộ này cuối cùng có thể dẫn đến việc tạo ra một hệ thống lidar 3D trên chip, tất cả các trạng thái rắn.

“Hệ thống DM-PCSEL tích hợp quét chùm tia không cơ học, được điều khiển điện tử với sự chiếu sáng flash được sử dụng trong lidar flash để thu được hình ảnh 3D đầy đủ với một lần flash ánh sáng,” Noda nói. “Nguồn ánh sáng độc đáo này cho phép chúng tôi đạt được cả sự chiếu sáng flash và quét mà không có bất kỳ bộ phận chuyển động hoặc các yếu tố quang học bên ngoài cồng kềnh, chẳng hạn như ống kính và các yếu tố quang học phân tán.”

Sự kết hợp của Quét và Chiếu sáng Flash

Các hệ thống lidar sử dụng chùm tia laser để chiếu sáng các vật thể và tính toán khoảng cách của chúng bằng cách đo thời gian nó cần để chùm tia đi, phản xạ và quay trở lại (ToF). Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống lidar hiện đang được sử dụng và đang được phát triển phụ thuộc vào các bộ phận chuyển động như động cơ để quét chùm tia laser, khiến chúng cồng kềnh, đắt tiền và không đáng tin cậy.

Lidar flash là một phương pháp không cơ học sử dụng một chùm ánh sáng rộng, phân tán để chiếu sáng và đánh giá khoảng cách của tất cả các vật thể trong tầm nhìn. Tuy nhiên, các hệ thống lidar flash không thể đo khoảng cách của các vật thể phản xạ kém như xe ô tô kim loại đen do độ phản xạ thấp của chúng. Hơn nữa, các ống kính và các yếu tố quang học bên ngoài là cần thiết để tạo ra chùm flash, khiến các hệ thống này lớn.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển nguồn ánh sáng DM-PCSEL để vượt qua những hạn chế này. Nguồn ánh sáng bao gồm một nguồn flash có thể chiếu sáng một trường nhìn rộng 30°×30° và một nguồn quét chùm tia cung cấp sự chiếu sáng điểm với 100 chùm tia laser hẹp.

Các nhà nghiên cứu đã tích hợp DM-PCSEL vào một hệ thống lidar 3D, cho phép họ đo khoảng cách của nhiều vật thể cùng một lúc bằng cách chiếu sáng flash rộng trong khi chọn lọc chiếu sáng các vật thể phản xạ kém với một chùm ánh sáng tập trung hơn. Để thực hiện các phép đo khoảng cách và theo dõi tự động chuyển động của các vật thể phản xạ kém, các nhà nghiên cứu đã cài đặt một máy ảnh ToF và phát triển phần mềm sử dụng sự chiếu sáng quét chùm tia.

Đo khoảng cách của các vật thể phản xạ kém

“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 thấp cùng một lúc,” 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, dẫn đến một hệ thống có kích thước nhỏ hơn một thẻ tín dụng.”

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh hệ thống mới bằng cách sử dụng nó để đo khoảng cách của các vật thể phản xạ kém được đặt trên một bàn trong phòng thí nghiệm. Họ cũng có thể chứng minh rằng hệ thống có thể tự động nhận ra các vật thể phản xạ kém và theo dõi chuyển động của chúng thông qua sự chiếu sáng chọn lọc.

Đội ngũ sẽ hiện thực hóa hệ thống trong các ứng dụng thực tế như chuyển động tự động của robot và xe tự hành.