LiDAR lāzersensoru klasifikācija un skenēšanas metodes

LiDARLāzera sensors aktīvi izstaro lāzera gaismu un ar augstu precizitāti un augstu izšķirtspēju var iegūt tādu informāciju kā ielaušanās mērķa attālums, orientācija, ātrums un kontūra. Tas ir plaši izmantots tādās jomās kā pilsētu drošība un rūpnieciskā drošība. Šajā rakstā ir īsi iepazīstināti ar galvenajiem vietējiem un ārvalstu drošības lidaru ražotājiem un to produktu tehniskajām specifikācijām. Apvienojot dažādu drošības lietojumprogrammu vajadzības, lidar principi, raksturlielumi un pašreizējā situācija dažādās tehniskajās sistēmās tiek apspriesti no trim aspektiem: diapazona shēma, skenēšanas metode un gaismas avota izvēle. Visbeidzot, tiek apkopotas un perspektīvas drošības lidar lietojumprogrammu tendences un attīstības perspektīvas. Lai apmierinātu patērētāju drošības lietojumprogrammu vajadzības, drošības lidars turpinās attīstīties zemu izmaksu, augstas veiktspējas, serializācijas, miniaturizācijas, cietvielu, mikroshēmu un vairāku avotu integrācijas virzienos.

Atkarībā no tā, vai sistēmā ir kustīgas sastāvdaļas, lidaru var iedalīt mehāniskajā lidarā un cietvielu lidarā. Starp tiem cietvielu lidara ieviešanas metodēs ietilpst mikroelektromehāniskā sistēma (Micro-ElectroMechanical System, MEMS), Flash tehnoloģija un OPA tehnoloģija.

Saskaņā ar staru kūļa vadības raksturlielumiem skenēšanas režīmā lidaru var iedalīt skenējošajos lidaros un neskenējošos lidaros. Tostarp neskenējošs lidars nodrošina mērķa attēlveidošanu, pārklājot ainu ar gaismu, piemēram, Flash area array lidar. Atbilstošas ​​skenēšanas metodes var ļaut drošības lidaram iegūt lielāku redzes lauku un izšķirtspēju, vienlaikus padarot visu struktūru stabilāku. Tāpēc skenēšanas tehnoloģijas izvēle lielā mērā ietekmē lidara dzīves ciklu, kas savukārt nosaka, vai drošības lidars saskaņā ar šo sistēmu var tikt ražots sērijveidā. Starp tiem liels noteikšanas diapazons un liels redzes lauks ir galvenie drošības lidara rādītāji, un tie arī nosaka drošības lidar pielietojuma perspektīvas nākotnē.

1. Mehāniskais LiDAR lāzera sensors
Mehāniskais lidars attiecas uz mehāniskās rotācijas izmantošanu, lai panāktu lāzerskenēšanu. Motors darbina viena punkta vai vairāku punktu diapazona moduli, lai tas grieztos, lai sasniegtu pilnu 360 grādu vai citu liela leņķa laukuma skenēšanu. Mehāniskā lidara darbības princips ir parādīts 1. attēlā. Tam ir vienkāršas darbības priekšrocības, viegla braukšana un liels skenēšanas redzes lauks. Tas bija pirmais, kas tika plaši izmantots, un kļuva par skenēšanas risinājumu galvenajiem drošības lidar produktiem tirgū. Ņemot vērā tādus faktorus kā lēcas, mehāniskās struktūras un shēmas plates, daudzus punktu diapazona moduļus parasti nevar optimizēt izmēra un svara ziņā. Tāpēc, motoram liekot moduli griezties ilgu laiku, gultņi ir viegli nodiluši. Tādējādi tradicionālā mehāniskā skenēšana tiek kritizēta attiecībā uz kalpošanas laiku un uzticamību, un palielinās nodiluma radītās izmaksas. Tā ir arī ļoti reāla problēma. Tāpēc agrīnajā drošības tirgū lielākoties tika izmantoti izmēru samazināšanas un zemu izmaksu risinājumi, tas ir, tuvās gaismas līnijas lāzera radara izmantošana kopā ar citiem sensoriem. Tam ir kompakts izskats un liels skenēšanas redzamības lauks, un tas ir piemērots tādiem scenārijiem kā ēku aizsardzība un reģionālā perimetra aizsardzība.

1. att. Tradicionālā mehāniskā LiDAR darbības princips

Šobrīd lielākais izaicinājums, ar ko saskaras LiDAR dizains, ir panākt veiktspēju un robustumu, vienlaikus panākot masveida ražošanu par saprātīgām izmaksām. Tomēr mehānisko lidaru nevar plaši popularizēt drošības jomā tā lieko galveno elektronisko komponentu dēļ, kas apgrūtina tā izmēra un izmaksu samazināšanu. Šim nolūkam lidar galvenie komponenti ir integrēti lietojumprogrammām specifiskās integrētās shēmas (ASIC) mikroshēmās, lai samazinātu lidara signālu apstrādes shēmas izmēru un samazinātu enerģijas patēriņu un izmaksas. Tas ir paredzēts, lai realizētu vairāku līniju lidara masveida ražošanu. svarīga tendence.

2.MEMS LiDAR lāzera sensors
MEMS lāzera radars aizstāj tradicionālo mehānisko rotējošo ierīci ar MEMS mikrospoguli, kas integrēts uz silīcija bāzes mikroshēmas. Mikrospogulis atspoguļo lāzeru, veidojot plašāku skenēšanas leņķi un lielāku skenēšanas diapazonu. Tās darbības princips ir parādīts 2. attēlā. MEMS mikrospoguļi ir tradicionālā mehāniskā lidara novatori un nodrošinās lidara miniaturizāciju un izmaksu samazināšanu. Galvanometra skenēšanas metode ļauj izvairīties no tiešas mērīšanas struktūras rotācijas, nodrošina lidara cietvielu skenēšanu un padara lidaru kompaktu.

2. att. MEMS shēma. (a) MEMS LiDAR darbības princips; (b) MEMS skenēšanas spogulis

Paļaujoties uz MEMS mikrospoguļu priekšrocībām, nozare MEMS lidar uzskata par visātrāko ieviešamo tehnoloģiju. Pašlaik Leishen Intelligent LS20/LS21 sērijas MEMS cietvielu lidars ir izmantots tādās jomās kā viedā drošība un katastrofu uzraudzība. Tomēr MEMS mikrospoguļa trūkums ir tāds, ka tā skenēšanas leņķis ir mazs, un ir nepieciešams papildu leņķis, lai panāktu liela skata lauka skenēšanu. Turklāt lāzera gaismas daudzums, ko tas var projicēt, ir ierobežots, tāpēc ir grūti panākt "tālas distances noteikšanu". Kopumā MEMS lidar tehnoloģiju risinājumi nav pietiekami nobrieduši un ir jāuzlabo. Tiek uzskatīts, ka līdz ar MEMS mikrospoguļu attīstību MEMS lidar pielietojuma perspektīvas būs plašākas.

3.Flash LiDAR lāzera sensors
Flash lidar ir neskenējošs radars. Tas izstaro apgabala masīva gaismu uz mērķi, izmanto apgabala masīva detektoru, lai noteiktu krītošās gaismas izkliedi no mērķa, un izvada attēlu ar dziļuma informāciju. Tā darbības princips ir parādīts 3. attēlā. Lai gan Flash lidar ir zemas izmaksas un laba stabilitāte, tā noteikšanas diapazons ir salīdzinoši īss, tāpēc tā pielietojuma scenāriji ir ierobežoti. Drošības jomā ir plaši izmantots Flash lāzera radars. Izmantojot 3D Flash lidar mērķa noteikšanai, segmentācijai un izsekošanai, rezultāti liecina, ka Flash lidar ir piemērots perimetra uzraudzībai un uz vietas esošajiem drošības laukiem. Tomēr tādās jomās kā vides uzraudzība, objektu novērošana un apdraudējumu novēršana objektu vai cilvēku noteikšanu reāllaikā ierobežos skenēšanas raksturlielumi, kā rezultātā tiks izkropļoti dati. Izmantojot sensoru sistēmu, kas izveidota ar 3D Flash lidar, ļoti mainīgus kustīgus objektus var izsekot reāllaikā un ar augstu precizitāti vidēji lielos un lielos attālumos. Eksperimenta process un rezultāti ir parādīti 4. attēlā. Turklāt, attīstot mazos komponentus, samazinās apgabalu masīvu detektoru izmaksas, un Flash lidar ir viegli miniaturizēt, un tā pielietojums drošības jomā būs lielāks.

3. att. Flash LiDAR darbības princips

4. att. Flash LiDAR darba scenārijs un eksperimentālie rezultāti. （a) Eksperimentāla iestatīšana ar reāllaika izsekošanu datorā un Flash LiDAR uz paceļamas galvas; (b) scenārija punktu mākonis; (c) scenārija intensitātes skats ar personu atzīmētu centrā; (d) scenārija diapazona skats ar personu iezīmēts centrs

4.OPA LiDAR lāzera sensors
OPA skenēšanas tehnoloģija kā jauna veida staru rādīšanas vadības tehnoloģija pēdējos gados ir kļuvusi par pētniecības karsto punktu. Tam ir priekšrocības bez inerces ierīcēm, stabila precizitāte un vadāms virziens. Tās darbības princips ir parādīts 5. attēlā. Vairākas raidīšanas vienības veido pārraides masīvu. Lāzera stara izejas leņķis tiek mainīts, regulējot katras raidīšanas bloka fāzes starpību raidīšanas blokā, tādējādi panākot savstarpēji pastiprinošus traucējumus iestatītajā virzienā, tādējādi sagatavojot augstas intensitātes staru kūli. S3, "pasaulē pirmais cietvielu lidara sensors". S3 izmanto OPA skenēšanas metodi un ir tikai plaukstas lielumā. Produkts un tā darbības princips ir parādīts 6. attēlā. S3 sērijas produkti ir izmantoti tādās jomās kā ielaušanās uzraudzība un piekļuves kontrole.

5. att. OPA darbības princips

6. att. Quanergy S3 LiDAR darbības princips

Optiskā fāzētu masīvu tehnoloģija ar augstu integrāciju var apmierināt visas cietvielu un drošības lidara miniaturizācijas attīstības vajadzības. Tomēr pašlaik ir divi galvenie faktori, kas ierobežo OPA drošības lidara masveida ražošanu: pirmkārt, faktiskās skenēšanas laikā viegli veidojas sānu daivas, kas ietekmēs staru kūļa diapazonu un leņķisko izšķirtspēju; otrkārt, apstrādes grūtības ir augstas. Tāpēc OPA drošības lidar tehnoloģija joprojām ir nenobriedusi, un šajā posmā ir grūti panākt produktu ražošanu.

Kontaktinformācija:

Ja jums ir kādas idejas, droši sazinieties ar mums. Neatkarīgi no tā, kur atrodas mūsu klienti un kādas ir mūsu prasības, mēs ievērosim savu mērķi nodrošināt saviem klientiem augstu kvalitāti, zemas cenas un vislabāko servisu.