Un equipo de investigadores dirigido por Susumu Noda de la Universidad de Kyoto en Japón ha descrito su nuevo sistema lidar 3D no mecánico en Óptica. El nuevo sistema puede caber en la palma de la mano y se puede usar para medir la distancia de objetos poco reflectantes y rastrear automáticamente el movimiento de los objetos.
“Con nuestro sistema lidar, los robots y vehículos serán capaz de navegar de manera confiable y segura en entornos dinámicos sin perder de vista los objetos que se reflejan mal, como los automóviles negros metálicos”, dice Noda.”Incorporar esta tecnología en los automóviles, por ejemplo, haría que la conducción autónoma fuera más segura”.
Gracias al desarrollo de los investigadores de una fuente de luz única basada en un chip llamada láser de cristal fotónico de doble modulación (DM-PCSEL ), el nuevo sistema fue hecho posible. Este avance puede eventualmente conducir a la creación de un sistema lidar 3D de estado sólido en chip.
“El DM-PCSEL integra escaneo de haz no mecánico controlado electrónicamente con iluminación de flash utilizada en flash lidar para adquirir una imagen 3D completa con un solo destello de luz”, dice Noda. “Esta fuente única nos permite lograr tanto la iluminación de flash como la de exploración sin piezas móviles ni elementos ópticos externos voluminosos, como lentes y elementos ópticos de difracción”.
La combinación de iluminación de exploración y de flash
Los sistemas LiDAR utilizan rayos láser para iluminar objetos y calcular su distancia midiendo el tiempo que tardan los rayos en viajar, reflejarse y regresar (ToF). Sin embargo, la mayoría de los sistemas lidar actualmente en uso y en desarrollo dependen de partes móviles como motores para escanear el rayo láser, lo que los hace voluminosos, costosos y poco confiables.
Flash lidar es un enfoque no mecánico que utiliza un solo haz de luz amplio y difuso para iluminar y evaluar las distancias de todos los objetos en el campo de visión. Sin embargo, los sistemas de flash lidar no pueden medir las distancias de objetos poco reflectantes, como los automóviles negros metálicos, debido a su baja reflectividad. Además, se requieren lentes y elementos ópticos externos para crear el haz del flash, lo que hace que estos sistemas sean grandes.
Los investigadores desarrollaron la fuente de luz DM-PCSEL para superar estas limitaciones. La fuente de luz incluye una fuente de flash que puede iluminar un amplio campo de visión de 30°×30° y una fuente de escaneo de haz que proporciona iluminación puntual con 100 haces láser angostos.
Los investigadores integraron el DM-PCSEL en un sistema lidar 3D, que les permitió medir las distancias de múltiples objetos simultáneamente usando una amplia iluminación de flash mientras iluminaban selectivamente objetos poco reflectantes con un haz de luz más concentrado. Para realizar mediciones de distancia y seguimiento automático del movimiento de objetos poco reflectantes, los investigadores instalaron una cámara ToF y desarrollaron un software que utiliza iluminación de exploración de haz.
Medición de la distancia de objetos poco reflectantes
“Nuestro sistema lidar 3D basado en DM-PPCSEL nos permite medir simultáneamente objetos muy reflectantes y poco reflectantes”, dice 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 nuevo sistema utilizándolo para medir las distancias de objetos poco reflectantes que se colocaron sobre una mesa en un laboratorio. También pudieron demostrar que el sistema podía reconocer automáticamente objetos poco reflectantes y rastrear su movimiento a través de iluminación selectiva.
El equipo ahora buscará demostrar el sistema en aplicaciones prácticas como el movimiento autónomo de robots y vehículos..