用于改进对象跟踪和距离测量的新型3D激光雷达系统

日本京都大学Susumu Noda领导的研究人员发表了一项关于他们的新型非机械3D激光雷达系统的研究。该系统适合手掌大小，能够测量反射性差的物体的距离并自动跟踪它们的运动。

该研究发表在Optica上。

结合扫描和闪光照明Noda表示，“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性差的物体。” 他补充说，将这项技术融入汽车将使自动驾驶更加安全。

新系统由称为双调制光子晶体激光器 (DM-PCSEL) 的独特光源实现。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。这种光源是基于芯片的，最终可以开发片上全固态 3D 激光雷达系统。

激光雷达系统通过用激光束照射物体并通过测量光束的飞行时间 (ToF) 来计算这些物体的距离来绘制物体地图。大多数现有和开发中的激光雷达系统都依赖于移动部件，这使得它们体积庞大、价格昂贵且不可靠。另一方面，闪光激光雷达系统使用单个宽广的漫射光束同时照亮和评估视野中的所有物体的距离。然而，闪光激光雷达系统无法测量反射性差的物体的距离，而且由于产生闪光光束需要外部透镜和光学元件，因此往往体积较大。

开发新光源

为了克服这些限制，研究人员开发了DM-PCSEL光源，它具有闪光照明和光束扫描功能。研究人员将这种光源整合到3D激光雷达系统中，允许同时测量具有宽闪光照明的许多物体，并使用更集中的光束选择性地照明反射性差的物体。他们还安装了ToF相机并开发了软件，用于使用光束扫描照明自动跟踪反射性差的物体的运动。

“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。“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，导致整个系统占地面积小于名片。”

研究人员通过使用该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演示该系统。他们还表明，该系统可以识别和跟踪这些物体的移动。研究人员现在正在探索该系统在实际应用中的潜力，例如机器人和车辆的自主移动，并正在研究用光学灵敏度更高的单光子雪崩光电二极管阵列取代 ToF 相机以进行更远距离测量的可能性。

　　图片使用申明：原创文章图片源自‘Canva可画’平台免费版权图片素材；引用文章源自引用平台文章中所使用的原图。