新的 3D 激光雷达系统实现改进的物体跟踪和距离测量

由日本京都大学的Susumu Noda领导的研究人员已经发表了一项关于他们新的非机械式3D激光雷达系统的研究。该系统可以放在手掌中，能够测量低反射物体的距离，并自动跟踪它们的运动。

该研究发表在Optica上。

结合扫描和闪光照明

根据Noda的说法，“我们的激光雷达系统可以让机器人和车辆在动态环境中可靠地和安全地导航，而不会丢失对低反射物体（如黑色金属汽车）的跟踪。”他还补充说，将该技术集成到汽车中将使自动驾驶更加安全。

该系统的实现是由于一种独特的光源——双重调制光子晶体激光器（DM-PCSEL）。DM-PCSEL将非机械、电子控制的光束扫描与闪光激光雷达中的闪光照明相结合，以单次闪光获得完整的3D图像。该光源是基于芯片的，可能最终能够实现片上全固态3D激光雷达系统的开发。

激光雷达系统通过用激光束照亮物体并测量这些物体的距离（通过测量光束的飞行时间）来绘制物体。目前的大多数激光雷达系统和正在开发的系统都依赖于移动部件，使得它们体积大、昂贵且不可靠。另一方面，闪光激光雷达系统使用单一的宽泛和漫射的光束同时照亮和评估所有物体的距离。然而，闪光激光雷达系统无法测量低反射物体的距离，并且由于需要外部镜头和光学元件来创建闪光束，因此体积较大。

开发新的光源

为了克服这些限制，研究人员开发了DM-PCSEL光源，该光源同时具有闪光照明和光束扫描功能。研究人员将该光源集成到3D激光雷达系统中，实现了同时测量多个物体的距离（使用宽泛的闪光照明）和选择性照亮低反射物体（使用更集中的光束）。他们还安装了ToF摄像头，并开发了软件以使用光束扫描照明自动跟踪低反射物体的运动。

“我们的DM-PCSEL基3D激光雷达系统可以同时测量高反射和低反射物体的距离，”Noda说。“激光器、ToF摄像头和所有相关组件都以紧凑的方式组装，整个系统的尺寸比商业卡片还小。”

研究人员通过在实验室桌子上放置低反射物体并使用该系统测量其距离来演示该系统。他们还展示了该系统可以识别和跟踪这些物体的运动。研究人员现在正在探索该系统在实际应用中的潜力，例如机器人和车辆的自主运动，并正在研究用更具光敏性的单光子雪崩光电探测器阵列替代ToF摄像头以实现更长距离的测量的可能性。