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日本京都大学Susumu Noda领导的一组研究人员在Optica中描述了他们新的非机械3D激光雷达系统。新系统可以放入手掌中，可用于测量反射性差的物体的距离并自动跟踪物体的运动。
“借助我们的激光雷达系统，机器人和车辆将能够可靠、安全地在动态环境中导航，而不会忽视黑色金属汽车等反射不良的物体，”Noda说。“例如，将这项技术融入汽车将使自动驾驶更加安全。”
由于研究人员开发了一种独特的基于芯片的光源，称为双调制光子晶体激光器(DM-PCSEL)，使新系统成为可能。这一进步最终可能会导致创建片上全固态3D激光雷达系统。
“DM-PCSEL将非机械、电子控制的光束扫描与闪光激光雷达中使用的闪光灯照明相结合，只需一次闪光即可获取完整的3D图像，”Noda说。“这种独特的光源使我们能够在没有任何移动部件或笨重的外部光学元件(例如透镜和衍射光学元件)的情况下实现闪光和扫描照明。”
扫描与闪光照明的结合
激光雷达系统使用激光束照亮物体，并通过测量光束传播、反射和返回(ToF)所需的时间来计算它们的距离。然而，目前使用和开发中的大多数激光雷达系统都依赖于移动部件(例如电机)来扫描激光束，这使得它们体积庞大、价格昂贵且不可靠。
闪光激光雷达是一种非机械方法，它使用单个宽广的漫射光束来照亮和评估视野中所有物体的距离。然而，由于反射率低，闪光激光雷达系统无法测量反射性差的物体(例如黑色金属汽车)的距离。此外，需要外部透镜和光学元件来产生闪光光束，从而使这些系统变得庞大。
研究人员开发了DM-PCSEL光源来克服这些限制。光源包括可照亮30°×30°宽视场的闪光源和可提供100束窄激光束点照明的光束扫描源。
研究人员将DM-PCSEL集成到3D激光雷达系统中，这使他们能够使用宽闪光照明同时测量多个物体的距离，同时用更集中的光束选择性地照亮反射性差的物体。为了执行距离测量和自动跟踪反射性差的物体的运动，研究人员安装了ToF相机并开发了使用光束扫描照明的软件。
测量反射不良物体的距离
“我们基于DM-PCSEL的3D激光雷达系统让我们能够同时对高反射和低反射物体进行测距，”Noda说。“操作系统所需的激光器、ToF相机和所有相关组件都以紧凑的方式组装，导致整个系统占地面积小于名片。”
研究人员通过使用新系统测量放置在实验室桌子上的反射性差的物体的距离来展示新系统。他们还能够证明该系统可以自动识别反射性差的物体并通过选择性照明跟踪它们的运动。
该团队现在将着眼于在机器人和车辆的自主移动等实际应用中展示该系统。
