Новые лазерные технологии обеспечили рекордную разрешающую способность сканнеров LiDAR

Еще в 2010 году начали появляться первые автомобили и роботы с автоматическими системами управления. Большинство этих устройств ориентировались в пространстве с помощью механических лазерных сканнеров LiDAR.

Сканер LiDAR это оптический аналог радара. LiDAR, вместе с обычными камерами и дальномерами, используется для получения трехмерной карты окружающего пространства, которая позволяет различным устройствам двигаться и избегать препятствий.

С момента появления автоматических систем управления прошло уже немало времени. Появились новые виды камер, миниатюрные твердотельные радарные системы, но вот с системами LiDAR все не так просто. Сканеры, которые можно применять на практике, все еще остаются громоздкими и дорогостоящими механическими устройствами. А не так давно появившиеся новые опытные образцы твердотельных LiDAR-ов имеют очень слабые показатели, в частности, разрешающую способность.

Однако в наши дни эта ситуация уже начала меняться в лучшую сторону. Ученые из Калифорнийского университета в Беркли разработали новый твердотельный сканер LiDAR. За основу для этого устройства была взята FPSA-матрица (focal plane switch array), которая представляет собой матрицу крошечных MEMS-устройств (MicroElectroMechanical System), которые работают в качестве антенн, передающих и принимающих оптические сигналы. Разрешающая способность новой FPSA-матрицы составляет 16 384 пикселей, это кажется малым по сравнению с миллионами пикселей матриц цифровых фотокамер, но это существенный рывок вперед, если учесть, что разрешающая способность других FPSA-матриц, построенных на базе термооптических переключателей, не превышала 512 пикселей до последнего времени.

MEMS-устройства могут выполнять не только функции приема оптических сигналов, но и выполняют также функцию оптических переключателей, способных направить весь свет лазера в определенном направлении через одну единственную излучающую антенну. При этом, скорость этих крошечных устройств достаточна велика и она обеспечивает стабильно высокую скорость сканирования окружающего пространства, которая находится далеко за пределами возможностей механических сканеров LiDAR.

Размер одной стороны пластины новой FPSA-матрицы составляет один сантиметр, на ее поверхности расположены, как уже упоминалось выше, 16 384 MEMS-пикселей. Каждый из этих пикселей является одновременно излучателем и приемником оптических сигналов, его эффективный угол обзора составляет 0.6 углового градуса. А угол обзора всей матрицы составляет 70 градусов. При этом, с помощью такого устройства можно достаточно просто обеспечить автономному транспортному средству круговой обзор на все 360 градусов, для этого необходимо установить по кругу несколько идентичных матриц.