日本京都大學(xué)Susumu Noda領(lǐng)導(dǎo)的研究人員發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于他們的新型非機(jī)械3D激光雷達(dá)系統(tǒng)的研究。該系統(tǒng)適合手掌大小，能夠測(cè)量反射性差的物體的距離并自動(dòng)跟蹤它們的運(yùn)動(dòng)。

該研究發(fā)表在Optica上。

結(jié)合掃描和閃光照明Noda表示，“借助我們的激光雷達(dá)系統(tǒng)，機(jī)器人和車(chē)輛將能夠可靠、安全地在動(dòng)態(tài)環(huán)境中導(dǎo)航，而不會(huì)忽視黑色金屬汽車(chē)等反射性差的物體。” 他補(bǔ)充說(shuō)，將這項(xiàng)技術(shù)融入汽車(chē)將使自動(dòng)駕駛更加安全。

新系統(tǒng)由稱為雙調(diào)制光子晶體激光器 (DM-PCSEL) 的獨(dú)特光源實(shí)現(xiàn)。DM-PCSEL 將非機(jī)械、電子控制的光束掃描與閃光激光雷達(dá)中使用的閃光燈照明相結(jié)合，只需一次閃光即可獲取完整的 3D 圖像。這種光源是基于芯片的，最終可以開(kāi)發(fā)片上全固態(tài) 3D 激光雷達(dá)系統(tǒng)。

激光雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)用激光束照射物體并通過(guò)測(cè)量光束的飛行時(shí)間 (ToF) 來(lái)計(jì)算這些物體的距離來(lái)繪制物體地圖。大多數(shù)現(xiàn)有和開(kāi)發(fā)中的激光雷達(dá)系統(tǒng)都依賴于移動(dòng)部件，這使得它們體積龐大、價(jià)格昂貴且不可靠。另一方面，閃光激光雷達(dá)系統(tǒng)使用單個(gè)寬廣的漫射光束同時(shí)照亮和評(píng)估視野中的所有物體的距離。然而，閃光激光雷達(dá)系統(tǒng)無(wú)法測(cè)量反射性差的物體的距離，而且由于產(chǎn)生閃光光束需要外部透鏡和光學(xué)元件，因此往往體積較大。

開(kāi)發(fā)新光源

為了克服這些限制，研究人員開(kāi)發(fā)了DM-PCSEL光源，它具有閃光照明和光束掃描功能。研究人員將這種光源整合到3D激光雷達(dá)系統(tǒng)中，允許同時(shí)測(cè)量具有寬閃光照明的許多物體，并使用更集中的光束選擇性地照明反射性差的物體。他們還安裝了ToF相機(jī)并開(kāi)發(fā)了軟件，用于使用光束掃描照明自動(dòng)跟蹤反射性差的物體的運(yùn)動(dòng)。

“我們基于DM-PCSEL的3D激光雷達(dá)系統(tǒng)讓我們能夠同時(shí)對(duì)高反射和低反射物體進(jìn)行測(cè)距，”Noda說(shuō)。“激光器、ToF 相機(jī)和操作系統(tǒng)所需的所有相關(guān)組件都以緊湊的方式組裝，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)占地面積小于名片。”

研究人員通過(guò)使用該系統(tǒng)測(cè)量放置在實(shí)驗(yàn)室桌子上的反射性差的物體的距離來(lái)演示該系統(tǒng)。他們還表明，該系統(tǒng)可以識(shí)別和跟蹤這些物體的移動(dòng)。研究人員現(xiàn)在正在探索該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的潛力，例如機(jī)器人和車(chē)輛的自主移動(dòng)，并正在研究用光學(xué)靈敏度更高的單光子雪崩光電二極管陣列取代 ToF 相機(jī)以進(jìn)行更遠(yuǎn)距離測(cè)量的可能性。