Spatial domain LiDAR

Abstract

This document presents the work developed on the scope of a master thesis on “Spatial domain LiDAR”. The goal of this project is to explore an alternative path to mainstream LiDARs based on time-of-flight. The alternative path consists in illuminating a scene with a dot matrix, estimating the distance to each dot via triangulation. The investigated LIDAR is validated using a custom-made ray optics simulation tool. Estimation accuracy is assessed by comparing different centroid estimation methods, investigating how relevant are setup impairments, and looking at both practical and theoretical performance limits. New solutions are proposed, namely a super-resolution method for increasing accuracy, a single-camera setup, and a method for decoupling estimation from illumination, at the same time providing robustness against interference. A preliminary experimental validation is also presented, which produced a correct point cloud of a test scenario. This work shows that the explored alternative LiDAR is viable, being an option to consider for the automotive industry.

Este documento apresenta o trabalho desenvolvido no âmbito da tese de mestrado “Spatial domain LiDAR”. O objetivo deste projeto é explorar uma abordagem alternativa para os atuais LiDARs baseados em “Time-of-flight”. O caminho alternativo consiste em iluminar um cenário com uma matriz de pontos, estimando-se a distância a cada ponto através de triangulação. O LIDAR investigado é validado através de uma ferramenta de simulação feita especificamente para esta tese. A precisão da estimativa é avaliada comparando-se diferentes métodos de estimação do centróide, investigando quão relevantes são os prejuízos de configuração escolhida e observando os limites de desempenho prático e teórico. Novas soluções são propostas, ou seja, um método de super-resolução de modo a obter uma maior precisão, uma configuração com uma só câmera, e um método para desacoplar a estimativa da distancia da iluminação, fornecendo, ao mesmo tempo, robustez contra a interferência. Também é apresentada uma validação experimental preliminar, que produziu uma nuvem de pontos correta de um cenário de teste. Este trabalho mostra que a alternativa explorada LiDAR é viável, sendo uma opção a considerar para a indústria automóvel.