Revolutionaire 1000x upgrade voor zelfrijdende auto dieptesensoren verbetert veiligheid

Onderzoekers ontwikkelen een nieuwe benadering die de resolutie van time-of-flight dieptesensoren duizendvoudig verbetert. Het gebruikt ideeën uit interferometrie en LIDAR die het mogelijk maken om dingen op hogere resolutie vast te leggen. Het systeem heeft een diepte-resolutie van 3 micrometer op een bereik van 2 meter.

Zichtbereik

De bestaande technologie is capabel genoeg voor Intelligent Parking Assist System (IPAS) en botsingdetectiesystemen. Ze hebben een diepte-resolutie van 1 centimeter op een bereik van 2 meter. De resolutie neemt exponentieel af naarmate het bereik toeneemt. In het ergste geval kan dit zelfs tot levensverlies leiden.

Het nieuwe time-of-flight-systeem heeft een diepte-resolutie van 3 micrometer op hetzelfde bereik van 2 meter. De hoofdonderzoeker, Achuta Kadambi, voerde enkele tests uit, waarin hij een lichtsignaal via een half kilometer optische vezel (met uniforme ruimtelijke filters) zond om de vermogensreductie te simuleren die ervaren wordt over langere afstanden. Hij ontdekte dat het systeem nog steeds slechts 1 centimeter diepte-resolutie kan bereiken op een bereik van half kilometer.

Hoe het werkt

De twee factoren die de systeemresolutie bepalen, zijn lichtpuls-lengte en detectiesnelheid.

Een erg korte lichtpuls wordt afgevuurd en de camera berekent de tijd die het licht nodig heeft om terug te keren. De vertelt hoe ver het object is. De detectiesnelheid verwijst naar de modulator die een lichtbundel aan en uit zet. Bestaande detectoren kunnen ongeveer 100 miljoen berekeningen per seconde uitvoeren, wat het systeem beperkt tot centimeter-diepte-schaal resolutie.

Het nieuwe systeem gebruikt ideeën uit interferometrie en LIDAR die het mogelijk maken om dingen op hogere resolutie vast te leggen.

Interferometrie verwijst naar het splitsen van een lichtbundel in twee gelijke delen, waar één deel in een scène wordt afgevuurd terwijl een ander lokaal blijft circuleren. De gereflecteerde bundel wordt dan samengevoegd met de lokaal circulerende. De faseverschil van deze twee bundels onthult de precieze afstand van het object.

LIDAR (Light Detection and Ranging) technologie, aan de andere kant, stelt trage camera's in staat om high-frequency (GHz bandbreedte signalen) data te imageren.

Gecascadeerde LIDAR met Beat Notes

Time-of-flight imager van menselijke scans op 1 GHz, 500 MHz en 120 MHz.

Beat notes zijn doorgaans lage-frequentie geluiden die gedetecteerd kunnen worden door lage-bandbreedte apparatuur. Bijvoorbeeld, als één apparaat 330 Hz toon produceert en het andere 300 Hz, is het verschil in frequentie, d.w.z. 30 Hz, de beat note.

Hetzelfde concept wordt toegepast op gemoduleerde lichtbundels, waar interferentie van twee bundels (in GHz) resulteert in Hz-frequentie beat note. De beat bevat alle essentiële data om afstand te bepalen.

In essentie is het als een zaklamp aan en uit zetten miljoenen keren per seconde, maar het wordt elektronisch gedaan, in plaats van optisch.

De lagere-frequentie systemen kunnen goed werken in mist omdat het licht verstrooit. Aangezien faseverschuiving veel hoger is relatief aan de signaalfrequentie in GHz-optische systemen, zijn ze veel beter in het compenseren voor mist vergeleken met MHz-systemen.

Andere toepassingen

Onderzoekers hebben padlengtecontrole getoond op minimum van bijna 3 micrometer, wat ongeveer 1/10e is van de breedte van een menselijk haar. Zo'n hoge precisie kan inversie van verstrooiing mogelijk maken, wat dokters en medische onderzoekers in staat stelt om dieper in het weefsel te kijken met behulp van spectrums van zichtbaar licht.

Robots kunnen door een fruitboomgaard navigeren, in plaats van alleen de topologie in kaart te brengen. En ja, de meeste van de potentiële brede implementaties zouden realtime zijn.