由日本京都大学的Susumu Noda领导的一组研究人员在Optica中描述了他们的新型非机械3D激光雷达系统。新系统可以放在手掌中，可用于测量反射不良物体的距离并自动跟踪物体的运动。
“通过我们的激光雷达系统，机器人和车辆将能够可靠、安全地导航动态环境，而不会忽视反射不良的物体，如黑色金属汽车，”Noda说。“例如，将这项技术整合到汽车中将使自动驾驶更安全。
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），新系统成为可能。这一进步最终可能导致创建片上全固态3D激光雷达系统。
“DM-PCSEL将非机械电子控制光束扫描与闪光激光雷达中使用的闪光照明集成在一起，只需一次闪光即可获得完整的3D图像，”Noda说。“这种独特的光源使我们能够实现闪光灯和扫描照明，而无需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。
扫描和闪光照明的结合激光雷达系统使用激光束照亮物体，并通过测量光束行进、反射和返回所需的时间 （ToF） 来计算其距离。然而，目前使用和开发中的大多数激光雷达系统都依赖于电机等运动部件来扫描激光束，这使得它们体积庞大、昂贵且不可靠。
闪光激光雷达是一种非机械方法，它使用单个宽的漫射光束来照亮和评估视野中所有物体的距离。然而，闪光激光雷达系统由于反射率低，无法测量反射率低的物体（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，使这些系统很大。
研究人员开发了DM-PCSEL光源来克服这些限制。该光源包括一个可以照亮30°×30°宽视野的闪光灯源和一个提供100个窄激光束的点照明的光束扫描光源。
研究人员将DM-PCSEL集成到3D激光雷达系统中，使他们能够使用宽闪光灯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率低的物体。为了进行距离测量和自动跟踪反射不良物体的运动，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 激光雷达系统使我们能够同时测量高反射和低反射物体，”Noda 说。“激光器、ToF相机和操作系统所需的所有相关组件都以紧凑的方式组装，因此系统总占用空间比名片还小。”
研究人员展示了这个新系统，用它来测量放置在实验室桌子上的差物体的距离。他们还能够证明该系统可以自动识别反射不良的物体，并通过选择性照明跟踪它们的运动。
该团队现在将寻求在机器人和车辆的自主运动等实际应用中演示该系统。
