Pesquisadores liderados por Susumu Noda, da Universidade de Kyoto, no Japão, publicaram um estudo sobre seu novo sistema lidar 3D não mecânico. O sistema cabe na palma da mão e é capaz de medir a distância de objetos pouco refletivos e rastrear automaticamente seu movimento.
A pesquisa foi publicada em Optica.
Combinando digitalização e iluminação flash
De acordo para Noda, “Com nosso sistema lidar, robôs e veículos poderão navegar de forma confiável e segura em ambientes dinâmicos sem perder de vista objetos pouco refletivos, como carros metálicos pretos”. Ele acrescentou que incorporar a tecnologia aos carros tornaria a direção autônoma mais segura.
O novo sistema é possível graças a uma fonte de luz exclusiva chamada laser de cristal fotônico modulado duplamente (DM-PCSEL). O DM-PCSEL integra varredura de feixe controlada eletronicamente e não mecânica com iluminação de flash usada no flash lidar para adquirir uma imagem 3D completa com um único flash de luz. Esta fonte de luz é baseada em chip e pode eventualmente permitir o desenvolvimento de um sistema lidar 3D de estado sólido no chip.
Os sistemas Lidar mapeiam objetos iluminando-os com feixes de laser e calculando a distância deles objetos medindo o tempo de voo (ToF) dos feixes. A maioria dos sistemas lidar existentes e em desenvolvimento depende de peças móveis, tornando-os volumosos, caros e pouco confiáveis. Os sistemas flash lidar, por outro lado, usam um único feixe de luz amplo e difuso para iluminar e avaliar simultaneamente as distâncias de todos os objetos à vista. No entanto, os sistemas flash lidar não podem medir as distâncias de objetos pouco refletivos e tendem a ser grandes devido às lentes externas e aos elementos ópticos necessários para criar o feixe de flash.
Desenvolvendo a nova fonte de luz
Para superar essas limitações, os pesquisadores desenvolveram a fonte de luz DM-PCSEL, que possui recursos de iluminação de flash e varredura de feixe. Os pesquisadores incorporaram essa fonte de luz em um sistema lidar 3D, permitindo a medição simultânea de muitos objetos com ampla iluminação de flash e iluminação seletiva de objetos pouco refletivos com um feixe de luz mais concentrado. Eles também instalaram uma câmera ToF e desenvolveram um software para rastreamento automático do movimento de objetos pouco refletivos usando iluminação de varredura de feixe.
“Nosso sistema lidar 3D baseado em DM-PCSEL nos permite alcançar níveis altamente refletivos e pouco refletivos objetos simultaneamente”, disse 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 sistema usando-o para medir as distâncias de objetos pouco refletivos colocados em uma mesa em um laboratório. Eles também mostraram que o sistema pode reconhecer e rastrear o movimento desses objetos. Os pesquisadores agora estão explorando o potencial do sistema em aplicações práticas, como o movimento autônomo de robôs e veículos, e estão investigando a possibilidade de substituir a câmera ToF por uma matriz de fotodiodo de avalanche de fóton único mais sensível opticamente para medições de longa distância.