Investigadores dirigidos por Susumu Noda de la Universidad de Kyoto en Japón han publicado un estudio sobre su nuevo sistema lidar 3D no mecánico. El sistema cabe en la palma de la mano y es capaz de medir la distancia de objetos poco reflectantes y seguir automáticamente su movimiento.
La investigación fue publicada en Óptica.
Combinación de escaneo e iluminación con flash
Según Noda, «Con nuestro sistema lidar, los robots y los vehículos podrán navegar de manera confiable y segura en entornos dinámicos sin perder de vista los objetos poco reflectantes, como los automóviles negros metálicos». Agregó que incorporar la tecnología en los automóviles haría que la conducción autónoma fuera más segura.
El nuevo sistema es posible gracias a una fuente de luz única llamada láser de cristal fotónico de doble modulación (DM-PCSEL). El DM-PCSEL integra un escaneo de haz controlado electrónicamente no mecánico con iluminación de flash utilizada en el lidar de flash para adquirir una imagen 3D completa con un solo destello de luz. Esta fuente de luz está basada en un chip y eventualmente podría permitir el desarrollo de un sistema lidar 3D de estado sólido en un chip.
Los sistemas Lidar mapean objetos iluminándolos con rayos láser y calculando la distancia de estos objetos midiendo el tiempo de vuelo (ToF) de los rayos. La mayoría de los sistemas lidar existentes y en desarrollo se basan en piezas móviles, lo que los hace voluminosos, costosos y poco confiables. Los sistemas flash lidar, por otro lado, utilizan un solo haz de luz amplio y difuso para iluminar y evaluar simultáneamente las distancias de todos los objetos a la vista. Sin embargo, los sistemas lidar de flash no pueden medir las distancias de objetos poco reflectantes y tienden a ser grandes debido a las lentes externas y los elementos ópticos necesarios para crear el haz de flash.
Desarrollando la nueva fuente de luz
Para superar estas limitaciones, los investigadores desarrollaron la fuente de luz DM-PCSEL, que tiene capacidades tanto de iluminación de flash como de escaneo de haz. Los investigadores incorporaron esta fuente de luz en un sistema lidar 3D, lo que permitió la medición simultánea de muchos objetos con una amplia iluminación de flash y la iluminación selectiva de objetos poco reflectantes con un haz de luz más concentrado. También instalaron una cámara ToF y desarrollaron un software para el seguimiento automático del movimiento de objetos poco reflectantes utilizando iluminación de escaneo de haz.
“Nuestro sistema lidar 3D basado en DM-PPCSEL nos permite medir simultáneamente objetos altamente reflectantes y poco reflectantes”, dijo Noda. “Los láseres, la cámara ToF y todos los componentes asociados necesarios para operar el sistema se ensamblaron de manera compacta, lo que resultó en una huella total del sistema que es más pequeña que una tarjeta de presentación”.
Los investigadores demostraron el sistema usándolo para medir las distancias de objetos poco reflectantes colocados sobre una mesa en un laboratorio. También demostraron que el sistema puede reconocer y rastrear el movimiento de estos objetos. Los investigadores ahora están explorando el potencial del sistema en aplicaciones prácticas, como el movimiento autónomo de robots y vehículos, y están investigando la posibilidad de reemplazar la cámara ToF con una matriz de fotodiodos de avalancha de fotón único más sensible ópticamente para mediciones de mayor distancia. .