Một trong những công nghệ hình ảnh mà nhiều công ty chế tạo robot đang tích hợp vào các cảm biến của họ là Light Detection and Ranging, viết tắt là LiDAR. Hiện đang nhận được sự quan tâm và đầu tư lớn từ các nhà phát triển xe tự lái, phương pháp này về cơ bản hoạt động giống như radar, nhưng thay vì phát ra sóng vô tuyến và thu về sóng phản xạ, nó sử dụng các xung ánh sáng ngắn từ tia laser.

Tuy nhiên, LiDAR truyền thống dựa trên việc “đo thời gian di chuyển của sóng ánh sáng” có nhiều nhược điểm khiến nó khó sử dụng trong nhiều ứng dụng thị giác 3D. Bởi vì nó yêu cầu phát hiện các tín hiệu ánh sáng phản xạ rất yếu, các hệ thống LiDAR khác hoặc ánh sáng mặt trời xung quanh có thể dễ dàng lấn át tín hiệu đo. Nó cũng có độ phân giải chiều sâu hạn chế và có thể mất quá nhiều thời gian để quét một khu vực rộng lớn như đường cao tốc hoặc sàn nhà máy. Để giải quyết những thách thức này, các nhà nghiên cứu đang chuyển sang một dạng LiDAR được gọi là LiDAR sóng liên tục được điều biến tần số (FMCW).

FMCW LiDAR có cùng nguyên lý hoạt động với OCT (lĩnh vực kỹ thuật y sinh đã phát triển từ đầu những năm 1990). Trong một bài báo công bố trên tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu đã chứng minh cách một số thủ thuật học được từ hệ thống OCT có thể cải thiện thông lượng dữ liệu FMCW LiDAR trước đó gấp 25 lần trong khi vẫn đạt được độ chính xác chiều sâu dưới milimét.

OCT sử dụng tính chất tương tự quang học của sóng siêu âm, hoạt động bằng cách gửi sóng âm thanh vào các vật thể và đo thời gian chúng quay trở lại. Để xác định thời gian quay trở lại của sóng ánh sáng, thiết bị OCT đo lường pha của chúng đã dịch chuyển bao nhiêu so với các sóng ánh sáng giống hệt nhau đã truyền cùng một khoảng cách nhưng không tương tác với một vật thể khác.

FMCW LiDAR có cách tiếp cận tương tự với một vài điều chỉnh. Công nghệ này phát ra một chùm tia laser liên tục dịch chuyển giữa các tần số khác nhau. Khi máy dò thu thập ánh sáng để đo thời gian phản xạ lại, nó có thể phân biệt giữa dạng tần số cụ thể và bất kỳ nguồn sáng nào khác, cho phép nó hoạt động trong mọi loại điều kiện ánh sáng với tốc độ rất cao. Sau đó, nó đo bất kỳ sự dịch chuyển pha nào khi so sánh với các chùm tia không bị cản trở, đây là một cách xác định khoảng cách chính xác hơn nhiều so với các hệ thống LiDAR hiện tại.

Hầu hết các ứng dụng trước đây sử dụng LiDAR đều dựa vào gương xoay để quét tia laser qua khu vực quan tâm. Mặc dù cách tiếp cận này hoạt động tốt, nhưng về cơ bản nó bị giới hạn bởi tốc độ của gương cơ học, bất kể tia laser được sử dụng mạnh đến mức nào.

Thay vào đó, các nhà nghiên cứu sử dụng cách tử nhiễu xạ hoạt động giống như một lăng kính, tán xạ tia laser thành một dải tần số cầu vồng trải ra khi chúng đi ra khỏi nguồn. Bởi vì tia laser gốc vẫn nhanh chóng quét qua một loạt tần số, điều này chuyển thành quét chùm tia LiDAR nhanh hơn nhiều so với một chiếc gương quay cơ học, cho phép hệ thống nhanh chóng bao phủ một khu vực rộng. Chi tiết tham khảo tại:

Ruobing Qian, Kevin C. Zhou, Jingkai Zhang, Christian Viehland, Al-Hafeez Dhalla, Joseph A. Izatt. Video-rate high-precision time-frequency multiplexed 3D coherent ranging. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-29177-9

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: contact@imc.org.vn   Website: https://imc.org.vn