Революционное 1000-кратное улучшение датчиков глубины для автопилотов повышает безопасность

Исследователи разработали новый подход, который повышает разрешение датчиков глубины time-of-flight в 1000 раз.

Он использует идеи из интерферометрии и LIDAR, позволяя захватывать вещи с более высоким разрешением.

Система имеет глубинное разрешение 3 микрометра на расстоянии 2 метров.

Диапазон зрения

Существующая технология достаточно способна для интеллектуальной системы помощи при парковке (IPAS) и систем обнаружения столкновений. У них глубинное разрешение 1 сантиметр на расстоянии 2 метров. Разрешение экспоненциально уменьшается по мере увеличения диапазона. В худшем случае это может даже привести к потере жизни.

Новая time-of-flight система имеет глубинное разрешение 3 микрометра на том же расстоянии 2 метров. Главный исследователь Ачута Кадамби провел некоторые тесты, в которых он передавал световой сигнал через полукилометровое оптическое волокно (с равномерными пространственными фильтрами) для симуляции снижения мощности на продолжительных дистанциях. Он обнаружил, что система все еще может достичь только 1 сантиметра глубинного разрешения на расстоянии полукилометра.

Как это работает?

Два фактора, определяющие разрешение системы — длина светового импульса и скорость детекции.

Очень короткий световой импульс выпускается, и камера вычисляет время, за которое свет возвращается. Время говорит, насколько далеко объект.
Скорость детекции относится к модулятору, который включает и выключает световой луч. Существующие детекторы могут выполнять примерно 100 миллионов вычислений в секунду, что ограничивает систему сантиметровым разрешением по глубине.

Новая система использует идеи из интерферометрии и LIDAR, позволяя захватывать вещи с более высоким разрешением.

Интерферометрия относится к разделению светового луча на две равные части, где одна часть выпускается в сцену, а другая держится циркулирующей локально. Отраженный луч затем объединяется с локально циркулирующим. Фазовая разница этих двух лучей раскрывает точное расстояние объекта.

LIDAR (Light Detection and Ranging) технология, с другой стороны, позволяет медленным камерам визуализировать высокочастотные (ГГц полоса пропускания сигналов) данные.

Каскадный LIDAR с использованием битовых нот

Time-of-flight имэйджер человеческих сканирований на 1 ГГц, 500 МГц и 120 МГц.

Битовые ноты — это обычно низкочастотные звуки, которые могут быть обнаружены низкополосным оборудованием. Например, если одно устройство производит 330 Гц тон, а другое 300 Гц, разница частот, то есть 30 Гц, является битовой нотой.

Та же концепция применяется к модулированным световым лучам, где интерференция двух лучей (в ГГц) приводит к Гц-битовой ноте. Бит содержит все основные данные для измерения расстояния.

По сути, это как выключать и включать фонарик миллионы раз в секунду, но это делается электронно, а не оптически.

Низкочастотные системы могут правильно работать в тумане, потому что он рассеивает свет. Поскольку фазовый сдвиг намного выше относительно частоты сигнала в ГГц оптических системах, они гораздо лучше компенсируют туман по сравнению с МГц системами.

Другие применения

Исследователи продемонстрировали контроль длины пути минимум почти 3 микрометра, что составляет около 1/10 ширины человеческого волоса. Такая высокая точность может позволить инверсию рассеяния, позволяя врачам и медицинским исследователям видеть глубже в ткани, используя спектры видимого света.

Роботы могут навигировать через сад, вместо простого картографирования топологии. И да, большинство потенциальных широких реализаций будут в реальном времени.