Equipe cria novo sistema Lidar que pode melhorar a segurança da direção autônoma

Uma equipe de investigadores liderada por Susumu Noda, da Universidade de Kyoto, no Japão, descreveu seu novo sistema lidar 3D não mecânico em Optica. O novo sistema cabe na palma da mão e pode ser usado para medir a distância de objetos pouco refletivos e rastrear automaticamente o movimento dos objetos.

“Com nosso sistema lidar, robôs e veículos serão capaz de navegar de forma confiável e segura em ambientes dinâmicos sem perder de vista objetos com pouca reflexão, como carros metálicos pretos”, diz Noda. “Incorporar essa tecnologia em carros, por exemplo, tornaria a direção autônoma mais segura.”

Graças ao desenvolvimento dos pesquisadores de uma fonte de luz baseada em chip exclusiva chamada laser de cristal fotônico modulado duplamente (DM-PCSEL ), o novo sistema tornou-se possível. Esse avanço pode eventualmente levar à criação de um sistema lidar 3D totalmente em estado sólido no chip.

“O DM-PCSEL integra varredura de feixe controlada eletronicamente não mecânica com iluminação de flash usada em flash lidar para adquirir uma imagem 3D completa com um único flash de luz”, diz Noda. “Esta fonte exclusiva nos permite obter iluminação de flash e varredura sem partes móveis ou elementos ópticos externos volumosos, como lentes e elementos ópticos difrativos.”

A combinação de varredura e iluminação de flash

Os sistemas Lidar usam feixes de laser para iluminar objetos e calcular sua distância medindo o tempo que leva para os feixes viajarem, refletirem e retornarem (ToF). No entanto, a maioria dos sistemas lidar atualmente em uso e em desenvolvimento depende de partes móveis, como motores, para escanear o feixe de laser, tornando-os volumosos, caros e pouco confiáveis.

Flash lidar é uma abordagem não mecânica que usa um único feixe de luz amplo e difuso para iluminar e avaliar as distâncias de todos os objetos no campo de visão. No entanto, os sistemas flash lidar são incapazes de medir as distâncias de objetos pouco refletivos, como carros metálicos pretos, devido à sua baixa refletividade. Além disso, lentes externas e elementos ópticos são necessários para criar o feixe de flash, tornando esses sistemas grandes.

Os pesquisadores desenvolveram a fonte de luz DM-PCSEL para superar essas limitações. A fonte de luz inclui uma fonte de flash que pode iluminar um amplo campo de visão de 30° × 30° e uma fonte de varredura de feixe que fornece iluminação pontual com 100 feixes de laser estreitos.

Os pesquisadores integraram o DM-PCSEL em um sistema lidar 3D, o que lhes permitiu medir as distâncias de vários objetos simultaneamente usando ampla iluminação de flash enquanto iluminava seletivamente objetos pouco reflexivos com um feixe de luz mais concentrado. Para realizar medições de distância e rastreamento automático do movimento de objetos pouco refletivos, os pesquisadores instalaram uma câmera ToF e desenvolveram um software que usa iluminação por varredura de feixe.

Medição da distância de objetos pouco refletivos

Medição da distância de objetos pouco refletivos

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“Nosso sistema lidar 3D baseado em DM-PCSEL nos permite selecionar objetos altamente refletivos e pouco refletivos simultaneamente”, diz Noda. “Os lasers, a câmera ToF e todos os componentes associados necessários para operar o sistema foram montados de maneira compacta, resultando em um tamanho total do sistema menor do que um cartão de visita.”

Os pesquisadores demonstraram o novo sistema usando-o para medir as distâncias de objetos pouco reflexivos que foram colocados em uma mesa em um laboratório. Eles também conseguiram demonstrar que o sistema pode reconhecer automaticamente objetos pouco refletivos e rastrear seu movimento por meio de iluminação seletiva.

A equipe agora procurará demonstrar o sistema em aplicações práticas, como o movimento autônomo de robôs e veículos.