LiDAR lazerinių jutiklių klasifikavimas ir nuskaitymo metodai

LiDARLazerinis jutiklis aktyviai skleidžia lazerio šviesą ir gali gauti informaciją, pvz., atstumą, orientaciją, greitį ir besiveržiančio taikinio kontūrą, labai tiksliai ir didele raiška. Jis buvo plačiai naudojamas tokiose srityse kaip miesto saugumas ir pramonės saugumas. Šiame straipsnyje trumpai pristatomi pagrindiniai vietiniai ir užsienio saugumo lidar gamintojai ir jų gaminių techninės specifikacijos. Derinant skirtingų saugumo programų poreikius, lidar principai, charakteristikos ir esama situacija skirtingose ​​techninėse sistemose aptariami trimis aspektais: diapazono schemos, skenavimo metodo ir šviesos šaltinio parinkimo. Galiausiai apibendrinamos ir numatomos saugumo lidar taikymo tendencijos ir plėtros perspektyvos. Siekdama patenkinti vartotojų saugumo programų poreikius, saugos lidar toliau vystysis mažų sąnaudų, didelio našumo, serializavimo, miniatiūrizavimo, kietojo kūno, lustų ir kelių šaltinių integravimo kryptimis.

Priklausomai nuo to, ar sistemos viduje yra judančių komponentų, lidarą galima suskirstyti į mechaninį lidarą ir kietojo kūno lidarą. Tarp jų kietojo kūno lidaro diegimo metodai apima mikroelektromechaninę sistemą (Micro-ElectroMechanical System, MEMS), Flash technologiją ir OPA technologiją.

Pagal spindulio valdymo charakteristikas nuskaitymo režimu lidarą galima suskirstyti į skenuojantį lidarą ir neskaitantį lidarą. Be to, nenuskaitantis „Lidar“ pasiekia tikslinį vaizdą, padengdamas sceną šviesa, pvz., „Flash area array lidar“. Atitinkami nuskaitymo metodai leidžia saugos lidar gauti didesnį matymo lauką ir skiriamąją gebą, o visa struktūra tampa stabilesnė. Todėl nuskaitymo technologijos pasirinkimas labai įtakoja lidar gyvavimo ciklą, o tai savo ruožtu lemia, ar pagal šią sistemą saugos lidar gali būti gaminamas masiškai. Tarp jų didelis aptikimo diapazonas ir didelis matymo laukas yra pagrindiniai saugos lidar rodikliai, be to, jie lemia saugumo lidar taikymo perspektyvas ateityje.

1. Mechaninis LiDAR lazerinis jutiklis
Mechaninis lidaras reiškia mechaninio sukimosi naudojimą lazeriniam skenavimui. Variklis varo vieno taško arba kelių taškų diapazono modulį, kad jis suktųsi, kad būtų galima nuskaityti visą 360 laipsnių ar kitą didelio kampo plotą. Mechaninio lidaro veikimo principas parodytas 1 paveiksle. Jis pasižymi paprastu principu, lengvu vairavimu ir dideliu skenavimo matymo lauku. Jis buvo pirmasis, kuris buvo plačiai naudojamas ir tapo rinkoje esančių pagrindinių saugumo lidar produktų nuskaitymo sprendimu. Atsižvelgiant į tokius veiksnius kaip lęšiai, mechaninės konstrukcijos ir plokštės, daugelio taškų diapazono moduliai paprastai negali būti optimizuoti pagal dydį ir svorį. Todėl, kai variklis verčia modulį suktis ilgą laiką, guoliai lengvai susidėvi. Dėl to tradicinis mechaninis skenavimas kritikuojamas dėl naudojimo trukmės ir patikimumo, o dėl susidėvėjimo padidėja sąnaudos. Tai taip pat labai tikra problema. Todėl ankstyvoji saugumo rinka dažniausiai taikė matmenų mažinimo ir pigių sprendimų, ty artimųjų spindulių linijinio lazerinio radaro naudojimą kartu su kitais jutikliais. Jis turi kompaktišką išvaizdą ir didelį nuskaitymo matymo lauką ir tinka tokiems scenarijams kaip pastatų apsauga ir regioninė perimetro apsauga.

1 pav. Tradicinio mechaninio LiDAR veikimo principas

Šiuo metu didžiausias iššūkis, su kuriuo susiduria LiDAR dizainas, yra našumo ir tvirtumo užtikrinimas, o masinė gamyba už priimtiną kainą. Tačiau mechaninis lidar negali būti plačiai reklamuojamas saugumo srityje dėl perteklinių pagrindinių elektroninių komponentų, todėl sunku sumažinti jo dydį ir kainą. Šiuo tikslu pagrindiniai „lidar“ komponentai yra integruoti į konkrečios programos integrinio grandyno (ASIC) lustus, kad būtų sumažintas „lidar“ signalo apdorojimo grandinės dydis ir energijos sąnaudos bei sąnaudos. Taip siekiama realizuoti masinę kelių eilučių lidaro gamybą. svarbi tendencija.

2.MEMS LiDAR lazerinis jutiklis
MEMS lazerinis radaras pakeičia tradicinį mechaninį besisukantį įrenginį MEMS mikroveidrodiu, integruotu į silicio lustą. Mikroveidrodis atspindi lazerį, kad sudarytų platesnį nuskaitymo kampą ir didesnį nuskaitymo diapazoną. Jo veikimo principas parodytas 2 paveiksle. MEMS mikroveidrodžiai yra tradicinio mechaninio lidaro novatoriai ir padės sumažinti lidar miniatiūrizavimą ir sumažinti išlaidas. Galvanometro nuskaitymo metodas leidžia išvengti tiesioginio nuotolio nustatymo struktūros sukimosi, leidžia skenuoti kietąjį lidarą ir daro lidarą kompaktišką.

2 pav. MEMS schema. (a) MEMS LiDAR veikimo principas; (b) MEMS nuskaitymo veidrodis

Remdamasi MEMS mikroveidrodžių pranašumais, pramonė MEMS lidar laiko greičiausiai įdiegta technologija. Šiuo metu „Leishen Intelligent LS20/LS21“ serijos MEMS kietojo kūno „lidar“ buvo naudojamas tokiose srityse kaip išmanusis saugumas ir nelaimių stebėjimas. Tačiau MEMS mikroveidrodžio trūkumas yra tas, kad jo skenavimo kampas yra mažas, o norint pasiekti didelį matymo lauką, reikalingas papildomas kampas. Be to, lazerio šviesos kiekis, kurį jis gali skleisti, yra ribotas, todėl sunku pasiekti „tolimojo atstumo aptikimą“. Apskritai MEMS lidar technologijos sprendimai nėra pakankamai subrendę ir juos reikia toliau tobulinti. Manoma, kad sukūrus MEMS mikroveidrodžius, MEMS lidar pritaikymo perspektyvos bus platesnės.

3.Flash LiDAR lazerinis jutiklis
„Flash Lidar“ yra nenuskaitantis radaras. Jis skleidžia srities matricos šviesą į taikinį, naudoja ploto matricos detektorių, kad nustatytų taikinio krintančios šviesos sklaidą, ir išveda vaizdą su gylio informacija. Jo veikimo principas parodytas 3 paveiksle. Nors „Flash lidar“ yra pigus ir pasižymi geru stabilumu, jo aptikimo diapazonas yra palyginti trumpas, todėl jo taikymo scenarijai yra riboti. Saugumo srityje Flash lazerinis radaras buvo plačiai naudojamas. Naudojant 3D Flash lidar taikinio aptikimui, segmentavimui ir sekimui, rezultatai rodo, kad Flash lidar tinka perimetro stebėjimui ir saugos laukams vietoje. Tačiau tokiose srityse, kaip aplinkos stebėjimas, objektų stebėjimas ir pavojų prevencija, objektų ar žmonių aptikimą realiuoju laiku ribos nuskaitymo charakteristikos, todėl duomenys bus iškraipyti. Naudojant jutiklių sistemą, sukurtą su 3D Flash lidar, labai kintantys judantys objektai gali būti stebimi realiu laiku ir dideliu tikslumu vidutiniais ir dideliais atstumais. Eksperimento procesas ir rezultatai parodyti 4 paveiksle. Be to, sukūrus smulkius komponentus, mažėja ploto matricos detektorių kaina, o Flash lidar lengva miniatiūrizuoti, o jo pritaikymo saugumo srityje bus daugiau.

3 pav. Flash LiDAR veikimo principas

4 pav. Flash LiDAR veikimo scenarijus ir eksperimentiniai rezultatai. (a) Eksperimentinė sąranka su stebėjimu realiuoju laiku kompiuteryje ir „Flash LiDAR“ ant pakreipimo galvutės; (b) scenarijaus taškinis debesis; (c) scenarijaus intensyvumo vaizdas su asmeniu pažymėtu centru; (d) scenarijaus vaizdas su asmeniu pažymėtas centras

4.OPA LiDAR lazerinis jutiklis
Kaip naujo tipo spindulių nukreipimo valdymo technologija, OPA nuskaitymo technologija pastaraisiais metais tapo tyrimų tašku. Jo pranašumai yra be inercijos įtaisų, stabilaus tikslumo ir valdomos krypties. Jo veikimo principas parodytas 5 paveiksle. Keli perdavimo įrenginiai sudaro perdavimo matricą. Lazerio spindulio išėjimo kampas keičiamas koreguojant kiekvieno siųstuvo masyvo siųstuvo fazių skirtumą, taip pasiekiami vienas kitą sustiprinantys trukdžiai nustatyta kryptimi ir taip paruošiamas didelio intensyvumo nukreipimo spindulys. S3, „pirmasis pasaulyje kietojo kūno lidaro jutiklis“. S3 naudoja OPA nuskaitymo metodą ir yra tik delno dydžio. Gaminys ir jo veikimo principas parodyti 6 paveiksle. S3 serijos gaminiai buvo naudojami tokiose srityse kaip įsibrovimų stebėjimas ir prieigos kontrolė.

5 pav. OPA veikimo principas

6 pav. Quanergy S3 LiDAR veikimo principas

Optinio fazinio masyvo technologija su aukšta integracija gali patenkinti visų kietojo kūno ir miniatiūrinių saugos lidaro kūrimo poreikius. Tačiau šiuo metu yra du pagrindiniai veiksniai, ribojantys masinę OPA saugos lidaro gamybą: pirma, tikrojo skenavimo metu lengvai susidaro šoninės skiltelės, kurios turės įtakos spindulio diapazonui ir kampinei raiškai; antra, apdorojimo sunkumai yra dideli. Todėl OPA saugos lidar technologija vis dar nėra subrendusi ir šiame etape sunku pasiekti produkcijos gamybą.

Kontaktinė informacija:

Jei turite kokių nors idėjų, nedvejodami pasikalbėkite su mumis. Nesvarbu, kur yra mūsų klientai ir kokie yra mūsų reikalavimai, sieksime savo tikslo teikti klientams aukštą kokybę, žemas kainas ir geriausias paslaugas.