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得益于一種全新的、克服了激光雷達(dá)（lidar）一些限制的系統(tǒng)，有一天我們的道路可能會(huì)變得更加安全。激光雷達(dá)使用脈沖激光繪制物體和場(chǎng)景，幫助自動(dòng)駕駛機(jī)器人、車輛和無人機(jī)進(jìn)行環(huán)境導(dǎo)航。新系統(tǒng)首次將傳統(tǒng)光束掃描激光雷達(dá)系統(tǒng)的功能與稱為閃光式激光雷達(dá)的新型3D方法相結(jié)合。

由日本京都大學(xué)Susumu Noda領(lǐng)導(dǎo)的研究人員描述了他們的新型非機(jī)械式3D激光雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以放在手掌上。他們還表示，它可以用來測(cè)量反射不良物體的距離，并自動(dòng)跟蹤這些物體的運(yùn)動(dòng)。
Noda表示：“有了我們的激光雷達(dá)系統(tǒng)，機(jī)器人和車輛將能夠可靠、安全地在動(dòng)態(tài)環(huán)境中導(dǎo)航，而不會(huì)看不到反射性較差的物體，如黑色金屬汽車。如果將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到汽車中，將使自動(dòng)駕駛更加安全。”

這一新系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)，主要得益于研究人員開發(fā)的一種稱為雙調(diào)制光子晶體激光器（DM-PCSEL）的獨(dú)特光源。因?yàn)檫@種光源是基于芯片的，它最終可以實(shí)現(xiàn)芯片上全固態(tài)3D激光雷達(dá)系統(tǒng)的開發(fā)。

Noda表示：“DM-PCSEL將非機(jī)械式、電子控制的光束掃描與閃光式激光雷達(dá)中使用的閃光照明相結(jié)合，通過一次閃光獲取完整的3D圖像。這種獨(dú)特的光源使我們能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)閃光和掃描照明，而無需任何移動(dòng)零部件或大型外部光學(xué)元件，如透鏡和衍射光學(xué)元件。”

掃描和閃光照明結(jié)合

激光雷達(dá)系統(tǒng)通過用激光束照射這些物體，然后通過測(cè)量光束的飛行時(shí)間（ToF）來計(jì)算這些物體的距離，這是光線傳播到物體、被反射然后返回系統(tǒng)所需的時(shí)間。大多數(shù)正在使用和開發(fā)中的激光雷達(dá)系統(tǒng)都依賴于移動(dòng)零部件（如電機(jī)）來掃描激光束，這使得這些系統(tǒng)體積龐大、價(jià)格昂貴且不可靠。

一種被稱為閃光式激光雷達(dá)的非機(jī)械方法，用一束寬的漫射光束同時(shí)照射和評(píng)估視野中所有物體的距離。然而，閃光式激光雷達(dá)系統(tǒng)無法用于測(cè)量反射性較差的物體（如黑色金屬汽車）的距離，因?yàn)檫@些物體反射的光線非常少。由于產(chǎn)生閃光光束所需的外部透鏡和光學(xué)元件，這些系統(tǒng)體積也往往較大。

為了解決這些關(guān)鍵的缺陷，研究人員開發(fā)了DM-PCSEL光源。它既有一個(gè)能照亮寬30°×30°視場(chǎng)的閃光光源，也有一個(gè)用100束窄激光束提供點(diǎn)照明的光束掃描光源。

他們將DM-PCSEL集成到一個(gè)3D激光雷達(dá)系統(tǒng)中，該系統(tǒng)讓他們能使用寬閃光照明同時(shí)測(cè)量許多物體的距離，同時(shí)也可以用更集中的光束選擇性地照亮反射性較差的物體。研究人員還安裝了一臺(tái)ToF相機(jī)來進(jìn)行距離測(cè)量，并開發(fā)了能夠使用光束掃描照明自動(dòng)跟蹤反射不良物體運(yùn)動(dòng)的軟件。
測(cè)量反射率變化的物體

Noda表示：“我們基于DM-PCSEL的3D激光雷達(dá)系統(tǒng)可以同時(shí)探測(cè)高反射和低反射物體。激光器、ToF相機(jī)以及操作系統(tǒng)所需的所有相關(guān)零部件都以緊湊的方式組裝，從而使整個(gè)系統(tǒng)的體積比一張名片還小?！?br />
研究人員通過測(cè)量放置在實(shí)驗(yàn)室桌子上反射不良物體的距離，展示了這一新的激光雷達(dá)系統(tǒng)。他們還表示，該系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別反射不良物體，并使用選擇性照明跟蹤它們的移動(dòng)。

研究人員目前正試圖在實(shí)際應(yīng)用中演示該系統(tǒng)，例如機(jī)器人和車輛的自動(dòng)移動(dòng)。他們還想看看，用對(duì)光更敏感的單光子雪崩光電二極管陣列取代ToF相機(jī)是否可以測(cè)量更遠(yuǎn)距離的物體。

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