日本京都大學Susumu Noda領導的一組研究人員在Optica中描述了他們新的非機械3D激光雷達系統(tǒng)。新系統(tǒng)可以放入手掌中，可用于測量反射性差的物體的距離并自動跟蹤物體的運動。

“借助我們的激光雷達系統(tǒng)，機器人和車輛將能夠可靠、安全地在動態(tài)環(huán)境中導航，而不會忽視黑色金屬汽車等反射不良的物體，”Noda說。“例如，將這項技術融入汽車將使自動駕駛更加安全。”

由于研究人員開發(fā)了一種獨特的基于芯片的光源，稱為雙調制光子晶體激光器(DM-PCSEL)，使新系統(tǒng)成為可能。這一進步最終可能會導致創(chuàng)建片上全固態(tài)3D激光雷達系統(tǒng)。

“DM-PCSEL將非機械、電子控制的光束掃描與閃光激光雷達中使用的閃光燈照明相結合，只需一次閃光即可獲取完整的3D圖像，”Noda說。“這種獨特的光源使我們能夠在沒有任何移動部件或笨重的外部光學元件(例如透鏡和衍射光學元件)的情況下實現(xiàn)閃光和掃描照明。”

掃描與閃光照明的結合

激光雷達系統(tǒng)使用激光束照亮物體，并通過測量光束傳播、反射和返回(ToF)所需的時間來計算它們的距離。然而，目前使用和開發(fā)中的大多數(shù)激光雷達系統(tǒng)都依賴于移動部件(例如電機)來掃描激光束，這使得它們體積龐大、價格昂貴且不可靠。

閃光激光雷達是一種非機械方法，它使用單個寬廣的漫射光束來照亮和評估視野中所有物體的距離。然而，由于反射率低，閃光激光雷達系統(tǒng)無法測量反射性差的物體(例如黑色金屬汽車)的距離。此外，需要外部透鏡和光學元件來產生閃光光束，從而使這些系統(tǒng)變得龐大。

研究人員開發(fā)了DM-PCSEL光源來克服這些限制。光源包括可照亮30°×30°寬視場的閃光源和可提供100束窄激光束點照明的光束掃描源。

研究人員將DM-PCSEL集成到3D激光雷達系統(tǒng)中，這使他們能夠使用寬閃光照明同時測量多個物體的距離，同時用更集中的光束選擇性地照亮反射性差的物體。為了執(zhí)行距離測量和自動跟蹤反射性差的物體的運動，研究人員安裝了ToF相機并開發(fā)了使用光束掃描照明的軟件。

測量反射不良物體的距離

“我們基于DM-PCSEL的3D激光雷達系統(tǒng)讓我們能夠同時對高反射和低反射物體進行測距，”Noda說。“操作系統(tǒng)所需的激光器、ToF相機和所有相關組件都以緊湊的方式組裝，導致整個系統(tǒng)占地面積小于名片。”

研究人員通過使用新系統(tǒng)測量放置在實驗室桌子上的反射性差的物體的距離來展示新系統(tǒng)。他們還能夠證明該系統(tǒng)可以自動識別反射性差的物體并通過選擇性照明跟蹤它們的運動。

該團隊現(xiàn)在將著眼于在機器人和車輛的自主移動等實際應用中展示該系統(tǒng)。