Klasifikacija i metode skeniranja LiDAR laserskog senzora

LiDARLaser Sensor aktivno emituje lasersko svjetlo i može dobiti informacije kao što su udaljenost, orijentacija, brzina i kontura upadne mete s visokom preciznošću i visokom rezolucijom. Široko se koristi u poljima kao što su urbana sigurnost i industrijska sigurnost. Ovaj članak ukratko predstavlja glavne domaće i strane proizvođače sigurnosnih lidara i njihove tehničke specifikacije proizvoda. Kombinujući potrebe različitih sigurnosnih aplikacija, razmatraju se principi, karakteristike i trenutna situacija lidara pod različitim tehničkim sistemima sa tri aspekta: šeme raspona, metode skeniranja i izbora izvora svjetlosti. Konačno, sumirani su i perspektivni trendovi primjene i perspektive razvoja sigurnosnog lidara. Kako bi zadovoljio potrebe potrošačkih sigurnosnih aplikacija, sigurnosni lidar će se dalje razvijati u smjeru niske cijene, visokih performansi, serijalizacije, minijaturizacije, čvrstog stanja, čipizacije i integracije više izvora.

U zavisnosti od toga da li unutar sistema postoje pokretne komponente, lidar se može podijeliti na mehanički lidar i lidar u čvrstom stanju. Među njima, metode implementacije solid-state lidara uključuju mikro-elektromehanički sistem (Micro-ElectroMechanical System, MEMS), Flash tehnologiju i OPA tehnologiju.

Prema karakteristikama kontrole zraka u režimu skeniranja, lidar se može podijeliti na lidar za skeniranje i lidar koji ne skenira. Među njima, ne-skenirajući lidar postiže ciljanu sliku pokrivanjem scene svjetlom, kao što je lidar polja Flash areala. Odgovarajuće metode skeniranja mogu omogućiti sigurnosnom lidaru da dobije veće vidno polje i rezoluciju, čineći cijelu strukturu stabilnijom. Stoga, izbor tehnologije skeniranja uvelike utiče na životni ciklus lidara, što zauzvrat određuje da li se sigurnosni lidar pod ovim sistemom može masovno proizvoditi. Među njima, veliki domet detekcije i veliko vidno polje ključni su pokazatelji sigurnosnog lidara, a određuju i izglede primjene sigurnosnog lidara u budućnosti.

1. Mehanički LiDAR laserski senzor
Mehanički lidar se odnosi na upotrebu mehaničke rotacije za postizanje laserskog skeniranja. Motor pokreće modul za određivanje raspona u jednoj ili više tačaka kako bi se rotirao kako bi se postiglo skeniranje od 360 stupnjeva ili drugo pod velikim uglom. Princip rada mehaničkog lidara prikazan je na slici 1. Ima prednosti jednostavnog principa, lake vožnje i velikog vidnog polja za skeniranje. Bio je to prvi koji se široko koristio i postao rješenje za skeniranje za glavne sigurnosne lidarske proizvode na tržištu. Uzimajući u obzir faktore kao što su sočiva, mehaničke strukture i ploče, mnogi moduli za raspon tačaka obično se ne mogu optimizirati u smislu veličine i težine. Stoga, kada motor pokreće modul da se rotira dugo vremena, ležajevi se lako troše. Zbog toga se tradicionalno mehaničko skeniranje kritizira u smislu vijeka trajanja i pouzdanosti, a troškovi uzrokovani habanjem se povećavaju. To je takođe veoma stvaran problem. Stoga je rano sigurnosno tržište uglavnom usvojilo smanjenje dimenzionalnosti i jeftina rješenja, odnosno korištenje laserskog radara niskog snopa u kombinaciji s drugim senzorima. Ima kompaktan izgled i veliko vidno polje za skeniranje i pogodan je za scenarije kao što su zaštita zgrada i zaštita regionalnog perimetra.

Slika 1 Princip rada tradicionalnog mehaničkog LiDAR-a

Trenutno, najveći izazov s kojim se LiDAR dizajn suočava je postizanje performansi i robusnosti uz postizanje masovne proizvodnje po razumnoj cijeni. Međutim, mehanički lidar se ne može široko promovirati u području sigurnosti zbog svojih redundantnih elektronskih komponenti jezgre, što otežava smanjenje njegove veličine i cijene. U tu svrhu, osnovne komponente lidara su integrirane u čipove specifičnih integriranih kola (ASIC) za smanjenje veličine kola za obradu signala lidara i smanjenje potrošnje energije i troškova. Ovo je za realizaciju masovne proizvodnje višelinijskog lidara. važan trend.

2.MEMS LiDAR laserski senzor
MEMS laserski radar zamjenjuje tradicionalni mehanički rotirajući uređaj MEMS mikroogledalom integriranim na čipu na bazi silikona. Mikroogledalo reflektuje laser i formira širi ugao skeniranja i veći opseg skeniranja. Njegov princip rada je prikazan na slici 2. MEMS mikro-ogledala su inovatori tradicionalnog mehaničkog lidara i vodiće minijaturizaciju i smanjenje troškova lidara. Metoda skeniranja galvanometra izbjegava direktnu rotaciju strukture raspona, omogućava skeniranje lidara u čvrstom stanju i čini lidar kompaktnim.

Slika 2 Šema MEMS-a.（a）Princip rada MEMS LiDAR-a;（b）MEMS ogledalo za skeniranje

Oslanjajući se na prednosti MEMS mikro-ogledala, industrija smatra MEMS lidar najbržom tehnologijom za implementaciju. Trenutno, Leishen Intelligent LS20/LS21 serija MEMS solid-state lidar se koristi u poljima kao što su inteligentna sigurnost i praćenje katastrofa. Međutim, nedostatak MEMS mikro-ogledala je u tome što je njegov ugao skeniranja mali i potreban je dodatni ugao da bi se postiglo skeniranje velikog vidnog polja. Osim toga, količina laserske svjetlosti koju može projektirati je ograničena, što otežava postizanje "detekcije na velikim udaljenostima". Generalno, tehnološka rješenja MEMS lidara nisu dovoljno zrela i potrebna su daljnja poboljšanja. Vjeruje se da će razvojem MEMS mikro-ogledala izgledi primjene MEMS lidara biti širi.

3.Flash LiDAR laserski senzor
Flash lidar je radar koji ne skenira. On emituje svetlo polje polja na metu, koristi detektor polja za detekciju rasejanja upadne svetlosti od strane mete i daje sliku sa informacijama o dubini. Njegov princip rada je prikazan na slici 3. Iako je Flash lidar jeftin i ima dobru stabilnost, njegov domet detekcije je relativno kratak, tako da su scenariji njegove primjene ograničeni. U oblasti sigurnosti, Flash laserski radar se široko koristi. Koristeći 3D Flash lidar za detekciju ciljeva, segmentaciju i praćenje, rezultati pokazuju da je Flash lidar pogodan za nadzor perimetra i sigurnosna polja na licu mjesta. Međutim, u poljima kao što su praćenje životne sredine, posmatranje objekata i prevencija opasnosti, otkrivanje objekata ili ljudi u realnom vremenu biće ograničeno karakteristikama skeniranja, što će rezultirati izobličenjem podataka. Koristeći senzorski sistem izgrađen sa 3D Flash lidarom, vrlo varijabilni pokretni objekti mogu se pratiti u realnom vremenu i sa velikom preciznošću na srednjim do velikim udaljenostima. Eksperimentalni proces i rezultati prikazani su na slici 4. Osim toga, razvojem malih komponenti, cijena detektora polja je smanjena, a Flash lidar je lako minijaturizirati, a njegove primjene u oblasti sigurnosti će biti sve više.

Slika 3 Princip rada Flash LiDAR-a

Slika 4 Radni scenario i eksperimentalni rezultati Flash LiDAR-a. (a) Eksperimentalna postavka sa praćenjem u realnom vremenu na PC-u i Flash LiDAR-om na pan-tilt glavi; (b) oblak tačaka scenarija; (c) prikaz intenziteta scenarija sa osobom označenom u sredini; (d) prikaz raspona scenarija sa osobom označen centar

4.OPA LiDAR laserski senzor
Kao nova vrsta tehnologije kontrole usmjeravanja zraka, OPA tehnologija skeniranja je posljednjih godina postala žarište istraživanja. Ima prednosti uređaja bez inercije, stabilne točnosti i kontrolnog smjera. Njegov princip rada je prikazan na slici 5. Nekoliko odašiljačkih jedinica čini niz odašiljača. Izlazni ugao laserskog snopa se menja podešavanjem fazne razlike svake odašiljačke jedinice u predajnom nizu, čime se postižu međusobno pojačane interferencije u zadatom pravcu, čime se priprema pokazivački snop visokog intenziteta. S3, "prvi na svijetu solid-state lidar senzor." S3 koristi OPA metodu skeniranja i veličine je samo dlana. Proizvod i njegov princip prikazani su na slici 6. Proizvodi serije S3 su korišteni u poljima kao što su nadzor upada i kontrola pristupa.

Slika 5 Princip rada OPA

Slika 6 Princip rada Quanergy S3 LiDAR-a

Tehnologija optičkog faznog niza sa visokom integracijom može zadovoljiti razvojne potrebe potpuno čvrstog stanja i minijaturizacije sigurnosnog lidara. Međutim, trenutno postoje dva glavna faktora koji ograničavaju masovnu proizvodnju OPA sigurnosnog lidara: prvo, bočni režnjevi se lako formiraju tokom stvarnog skeniranja, što će uticati na domet i ugaonu rezoluciju zraka; drugo, teškoća obrade je velika. Stoga je OPA sigurnosni lidar tehnologija još uvijek nezrela i teško je postići proizvodnju u ovoj fazi.

Kontakt informacije:

Ako imate bilo kakvu ideju, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje se nalaze naši kupci i koji su naši zahtjevi, mi ćemo slijediti naš cilj da našim kupcima pružimo visok kvalitet, niske cijene i najbolju uslugu.