研究团队创建新的激光雷达系统以提高自动驾驶安全性

由日本京都大学的Susumu Noda领导的研究团队在Optica上描述了他们新的非机械3D激光雷达系统。该系统可以装在手掌中，能够测量低反射物体的距离，并自动跟踪物体的运动。

“我们的激光雷达系统使得机器人和车辆能够可靠地和安全地在动态环境中导航，而不会失去对低反射物体（如黑色金属汽车）的视线，”Noda说。“将这项技术融入汽车中，例如，将使自动驾驶更加安全。”

由于研究人员开发了一种称为双模光子晶体激光器（DM-PCSEL）的独特芯片级光源，该系统成为可能。这种进步最终可能导致创建一个片上、全固态3D激光雷达系统。

“DM-PCSEL集成了非机械、电子控制的光束扫描和闪光照明，用于闪光激光雷达，以单次闪光获得完整的3D图像，”Noda说。“这种独特的光源使我们能够在没有移动部件或外部光学元件（如镜头和衍射光学元件）的情况下实现闪光和扫描照明。”

扫描和闪光照明的组合

激光雷达系统使用激光束照亮物体，并通过测量激光束行进、反射和返回所需的时间来计算距离。然而，目前使用和开发中的大多数激光雷达系统都依赖于运动部件（如电机）来扫描激光束，使它们变得笨重、昂贵且不可靠。

闪光激光雷达是一种非机械方法，使用单个宽泛的漫射光束来照亮和评估视野中所有物体的距离。然而，闪光激光雷达系统无法测量低反射物体（如黑色金属汽车）的距离，因为它们的反射率低。另外，外部镜头和光学元件是创建闪光束所必需的，使这些系统变得庞大。

研究人员开发了DM-PCSEL光源来克服这些限制。该光源包括一个闪光源，可以照亮30°×30°的视野，并且具有100个窄激光束的光束扫描源。

研究人员将DM-PCSEL集成到一个3D激光雷达系统中，使他们能够使用宽泛的闪光照明同时测量多个物体的距离，并且可以使用更集中的光束来选择性地照亮低反射物体。为了执行距离测量和低反射物体运动的自动跟踪，研究人员安装了一个ToF相机，并开发了使用光束扫描照明的软件。

测量低反射物体的距离

“我们的DM-PCSEL基于3D激光雷达系统使我们能够同时测量高反射和低反射物体的距离，”Noda说。“激光器、ToF相机和所有必要的组件都以紧凑的方式组装，结果是整个系统的尺寸比一张名片还小。”

研究人员通过使用该系统来测量实验室桌子上放置的低反射物体的距离来演示该系统。他们还能够展示该系统可以自动识别低反射物体并通过选择性照明来跟踪其运动。

该团队现在将在实际应用中展示该系统，例如机器人和车辆的自动运动。