Forskare i Southampton och San Francisco har utvecklat det första kompakta 3-D LiDAR-bildsystemet som kan matcha och överträffa prestanda och noggrannhet hos de mest avancerade, mekaniska system som för närvarande används.

3-D LiDAR kan tillhandahålla exakt avbildning och kartläggning för många applikationer; det är "ögonen" för autonoma bilar och används i mjukvara för ansiktsigenkänning och av autonoma robotar och drönare. Exakt avbildning är avgörande för att maskiner ska kunna kartlägga och interagera med den fysiska världen, men storleken och kostnaderna för den teknik som för närvarande behövs har begränsat LIDAR:s användning i kommersiella tillämpningar.

Nu har ett team av forskare från Pointcloud Inc i San Francisco och University of Southamptons Optoelectronic Research Center (ORC) utvecklat en ny, integrerat system, som använder kiselfotoniska komponenter och CMOS elektroniska kretsar i samma mikrochip. Prototypen de har utvecklat skulle vara en lågkostnadslösning och skulle kunna bana väg för storvolymproduktion av lågkostnad, kompakta och högpresterande 3D-bildkameror för användning inom robotik, autonoma navigationssystem, kartläggning av byggarbetsplatser för att öka säkerheten och inom vården.

Graham Reed, Professor i Silicon Photonics inom ORC sa, "LIDAR har lovat mycket men har inte alltid levererat på sin potential de senaste åren eftersom, även om experter har insett att integrerade versioner kan minska kostnaderna, den nödvändiga prestationen har inte funnits. Tills nu.

"Kiselfotoniksystemet vi har utvecklat ger mycket högre noggrannhet på avstånd jämfört med andra chipbaserade LIDAR-system hittills, och de flesta mekaniska versioner, visar att det mycket eftertraktade integrerade systemet för LIDAR är lönsamt."

Remus Nicolaescu, VD för Pointcloud Inc tillade, "Kombinationen av hög prestanda och låg kostnadstillverkning, kommer att accelerera befintliga applikationer inom autonomi och augmented reality, samt öppna nya vägar, såsom industriella och konsumenters digitala tvillingapplikationer som kräver hög djupnoggrannhet, eller förebyggande hälsovård genom fjärrövervakning av beteende och vitala tecken som kräver hög hastighetsnoggrannhet.

"Samarbetet med världsklassteamet på ORC har varit avgörande, och påskyndade den tekniska utvecklingen avsevärt."

De senaste testerna av prototypen, publiceras i tidskriften Natur , visa att den har en noggrannhet på 3,1 millimeter på ett avstånd av 75 meter.

Bland de problem som tidigare integrerade system står inför är svårigheterna att tillhandahålla en tät uppsättning pixlar som lätt kan åtgärdas; detta har begränsat dem till färre än 20 pixlar medan detta nya system är den första storskaliga 2-D koherenta detektormatrisen som består av 512 pixlar. Forskarteamen arbetar nu med att utöka pixelmatriserna och strålstyrningstekniken för att göra systemet ännu bättre lämpat för verkliga tillämpningar och ytterligare förbättra prestandan.