Une équipe de chercheurs dirigée par Susumu Noda de l’Université de Kyoto au Japon a décrit son nouveau système lidar 3D non mécanique dans Optica. Le nouveau système peut tenir dans la paume de la main et peut être utilisé pour mesurer la distance des objets peu réfléchissants et suivre automatiquement le mouvement des objets.
“Avec notre système lidar, les robots et les véhicules seront capable de naviguer de manière fiable et en toute sécurité dans des environnements dynamiques sans perdre de vue des objets mal réfléchis tels que des voitures métalliques noires », déclare Noda.”L’intégration de cette technologie dans les voitures, par exemple, rendrait la conduite autonome plus sûre.”
Grâce au développement par les chercheurs d’une source lumineuse unique basée sur une puce appelée laser à cristal photonique à double modulation (DM-PCSEL ), le nouveau système a été rendu possible. Cette avancée pourrait éventuellement conduire à la création d’un système lidar 3D à semi-conducteurs sur puce.
“Le DM-PCSEL intègre un balayage de faisceau non mécanique à commande électronique avec un éclairage flash utilisé dans le flash lidar pour acquérir une image 3D complète avec un seul éclair de lumière », dit Noda.”Cette source unique nous permet d’obtenir à la fois un éclairage par flash et par balayage sans pièces mobiles ni éléments optiques externes volumineux, tels que des lentilles et des éléments optiques diffractifs.”
La combinaison du balayage et de l’éclairage par flash
Les systèmes lidar utilisent des faisceaux laser pour éclairer les objets et calculer leur distance en mesurant le temps nécessaire aux faisceaux pour se déplacer, se réfléchir et revenir (ToF). Cependant, la plupart des systèmes lidar actuellement utilisés et en cours de développement reposent sur des pièces mobiles telles que des moteurs pour balayer le faisceau laser, ce qui les rend encombrants, coûteux et peu fiables.
Le lidar flash est une approche non mécanique qui utilise un seul faisceau de lumière large et diffus pour éclairer et évaluer les distances de tous les objets dans le champ de vision. Cependant, les systèmes lidar flash sont incapables de mesurer les distances d’objets peu réfléchissants tels que les voitures métalliques noires en raison de leur faible réflectivité. De plus, des lentilles externes et des éléments optiques sont nécessaires pour créer le faisceau flash, ce qui rend ces systèmes volumineux.
Les chercheurs ont développé la source lumineuse DM-PCSEL pour surmonter ces limitations. La source de lumière comprend une source flash qui peut éclairer un large champ de vision de 30° × 30° et une source de balayage de faisceau qui fournit un éclairage ponctuel avec 100 faisceaux laser étroits.
Les chercheurs ont intégré le DM-PCSEL dans un système lidar 3D, qui leur a permis de mesurer simultanément les distances de plusieurs objets en utilisant un éclairage flash large tout en éclairant sélectivement des objets peu réfléchissants avec un faisceau de lumière plus concentré. Pour effectuer des mesures de distance et un suivi automatique du mouvement des objets peu réfléchissants, les chercheurs ont installé une caméra ToF et développé un logiciel qui utilise un éclairage à balayage de faisceau.
Mesure de la distance des objets peu réfléchissants
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« Notre système lidar 3D basé sur DM-PCSEL nous permet de téléporter simultanément des objets hautement et peu réfléchissants », déclare Noda.”Les lasers, la caméra ToF et tous les composants associés nécessaires au fonctionnement du système ont été assemblés de manière compacte, ce qui donne une empreinte totale du système inférieure à celle d’une carte de visite.”
Les chercheurs ont présenté le nouveau système en l’utilisant pour mesurer les distances d’objets peu réfléchissants placés sur une table dans un laboratoire. Ils ont également pu démontrer que le système pouvait automatiquement reconnaître des objets peu réfléchissants et suivre leur mouvement grâce à un éclairage sélectif.
L’équipe va maintenant chercher à démontrer le système dans des applications pratiques comme le mouvement autonome de robots et de véhicules.