3D激光雷达系统提高了自动驾驶汽车的安全性

自动驾驶汽车通常配备激光雷达系统，使用脉冲激光绘制物体和场景，以允许自动机器人、车辆和无人机在其环境中导航。

京都大学的研究人员开发了一种非机械3D激光雷达系统，可以放在手掌上，用于测量反射性差的物体的距离，并自动跟踪这些物体的运动。

首席研究员Susumu Noda说:“有了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，而不会看不见黑色金属汽车等反射性差的物体。”“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称为双调制光子晶体激光器(DM-PCSEL)的独特光源，新系统才得以实现。由于这种光源是基于芯片的，它最终可能使芯片上全固态3D激光雷达系统的开发成为可能。

“DM-PCSEL集成了非机械、电子控制的光束扫描和闪光激光雷达中使用的闪光照明，通过一次闪光获得完整的3D图像，”野田说。

“这种独特的光源使我们能够同时实现闪光和扫描照明，而无需任何移动部件或笨重的外部光学元件，如透镜和衍射光学元件。”

激光雷达系统通过用激光束照射那些物体，然后通过测量光束的飞行时间(ToF)来计算这些物体的距离，ToF是光传播到物体、被反射然后返回系统所花费的时间。

大多数正在使用和开发中的激光雷达系统依赖于运动部件(如电机)来扫描激光束，这使得这些系统体积庞大、价格昂贵且不可靠。

一种被称为闪光激光雷达的非机械方法，用一束宽阔的漫射光束同时照亮并评估视场内所有物体的距离。

然而，闪光激光雷达系统不能用于测量黑色金属汽车等反射性差的物体的距离，因为这些物体反射的光非常少。这些系统也往往很大，因为需要外部透镜和光学元件来产生闪光光束。

DM-PCSEL光源既有一个闪光源，可以照亮宽30°×30°的视场，也有一个光束扫描源，提供100束窄激光束的点照明。

研究人员将DM-PCSEL集成到3D激光雷达系统中，这使他们能够同时使用宽闪光照明来测量许多物体的距离，同时还可以选择性地用更集中的光束照亮反射性差的物体。他们还安装了一台ToF摄像机来进行距离测量，并开发了一种软件，可以使用光束扫描照明自动跟踪反射性差的物体的运动。

Noda说:“我们基于dm - pcsel的3D激光雷达系统使我们能够同时探测高反射和低反射物体。”“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，因此系统的总占地面积比一张名片还小。”

研究人员展示了新的激光雷达系统，用它来测量放置在实验室桌子上反射性差的物体的距离。他们还表明，该系统可以自动识别反射性差的物体，并使用选择性照明跟踪它们的运动。