Самым ранним определением лидара является ЛИДАР, английское - Light DeteaTIon and Ranging, в переводе с китайского означает" обнаружение света и дальность" ;.
На самом деле, более точным определением является LADAR: LAser DetecTIon и Ranging, то есть&"лазерное обнаружение и дальность GG". Это определение, предложенное в 2004 году, больше соответствует концепции лидара.
Лидар на самом деле является своего рода радаром, работающим в оптическом диапазоне (специальном диапазоне), и его преимущества очень очевидны:
1. Чрезвычайно высокое разрешение: лидар работает в оптическом диапазоне, а его частота на 2–3 порядка выше, чем в микроволновой печи. Поэтому, по сравнению с микроволновым радаром, лидар имеет чрезвычайно высокое разрешение по дальности, угловое разрешение и разрешение по скорости.
2. Сильная антиинтерференционная способность: длина волны лазера короткая, он может излучать лазерный луч с очень малым углом расхождения (порядка мкрад), многолучевой эффект мал (не будет формировать направленное излучение и генерировать многолучевые эффекты с микроволновой или миллиметровой волной), обнаруживаемые цели на малых и сверхнизких высотах;
3. Объем получаемой информации богат: расстояние, угол, интенсивность отражения, скорость и другая информация о цели могут быть получены непосредственно для создания многомерного изображения цели;
4. Может работать весь день: лазерное активное обнаружение, не зависит от внешних условий освещения или характеристик излучения самой цели. Нужно только излучать собственный лазерный луч и получать информацию о цели, обнаруживая эхо-сигнал испускаемого лазерного луча.
Но самый большой недостаток лидара в том, что он легко подвержен влиянию атмосферных условий и дыма из рабочей среды. Это очень трудно создать всепогодную рабочую среду.
Лидарная классификация
Если классификация лидаров делится на системы, то это в основном лидары прямого обнаружения и лидар когерентного обнаружения. Фактически, то, что мы упомянули в настоящее время, включая автоматическое вождение, роботов и лидар, используемые для съемки и картографирования, в основном относится к этому типу лидарного обнаружения. Некоторые специальные радары, такие как измерение ветра и скорости, обычно используют согласованную систему. Если классификация лидаров делится на системы, то это в основном лидары прямого обнаружения и лидар когерентного обнаружения. Фактически, то, что мы упомянули в настоящее время, включая автоматическое вождение, роботов и лидар, используемые для съемки и картографирования, в основном относится к этому типу лидарного обнаружения. Некоторые специальные радары, такие как измерение ветра и скорости, обычно используют согласованную систему.
В соответствии с классификацией приложения мы можем разделить больше, например: лазерный дальномер, лазерный радар трехмерной визуализации, лазерный радар измерения скорости, лазерный радар обнаружения атмосферы и так далее.
Будь то однолинейный лидар, многолинейный лидар или обзорный лидар, мы можем в основном разделить его на категорию лазерных радаров трехмерной визуализации.
Лазерный радар трехмерной визуализации, фактически, должен получить две основные данные: информацию о расстоянии до цели и информацию об угле цели.
Если мы определим его трехмерный стандарт сидения, нам нужно получить информацию о его расстоянии, азимуте и угле наклона. Затем мы рассчитываем трехмерную координатную точку цели на основе трех данных расстояния, азимутального угла и угла тангажа.
Вообще говоря, методика получения информации об угле путем измерения кодера очень зрелая. Мы больше обеспокоены тем, как получить информацию о расстоянии лидара.
Лазерный радар трехмерной визуализации может получать данные трехмерного облака точек цели с помощью технологии прямого измерения дальности и прямого угла, и полученные данные сами по себе являются трехмерными данными. Для генерации целевого трехмерного изображения не требуется большого объема вычислений и обработки, а лазерная локация имеет очень высокую точность.
Таким образом, лазерный радар трехмерной визуализации в настоящее время является наиболее эффективным датчиком, который может получать изображения большого диапазона трехмерных сцен, а также является датчиком, который в настоящее время может получать самую высокую точность трехмерных сцен.
A
Метод лазерной локации
В настоящее время методы измерения расстояния, которые мы обычно видим, можно разделить на широкие категории: метод времени прохождения лазера (TIme of Fly, TOF) и метод триангуляции.
Метод времени прохождения лазерного излучения можно разделить на две категории, одна из которых - импульсная модуляция (технология ранжирования импульсов), а другая - фазовая модуляция лазерной модуляции интенсивности непрерывных волн, которая измеряет информацию о расстоянии по разности фаз.
Дальномеры, которые мы видим на рынке, или однолинейные и многострочные лидары, в основном используют эти три типа методов измерения дальности.
A
Технология лазерной локации импульсов
Принцип технологии лазерной локации импульсов очень прост: получение информации о расстоянии до цели путем измерения времени прохождения лазерного импульса между радаром и целью. Здесь используется критерий скорости света. Все измерения должны иметь данные. Для лазера есть два элемента: скорость и частота (два наиболее точных элемента), потому что элемент, используемый для TOF, - это скорость полета лазера.
Я полагаю, что среди трех упомянутых выше методов измерения дальности наиболее сложной технической проблемой является метод определения дальности импульса. Но преимущества, которые он приносит, очевидны: скорость измерения очень высокая. Поскольку измерение выполняется лазером с высоким пиковым значением, его способность против заедания очень сильна.
Недостатком является то, что трудно улучшить разрешение по дальности, а схема обнаружения затруднена. Например, если мы хотим достичь разрешения 1,5 миллиметра для фазового диапазона, нам нужно достичь разрешения тактового генератора 10 пикосекунд, что эквивалентно полосе пропускания 100G. Это очень сложная техника.
A
Лазерный фазовый диапазон
В лазерном фазовом измерении, таком как обычный ручной лазерный дальномер, используется фазовое ранжирование. Он в основном получает информацию о расстоянии путем измерения разности фаз, генерируемой модулированным по интенсивности лазерным непрерывным сигналом, летящим назад и вперед между радаром и целью.
Самое большое преимущество этой технологии: разрешение диапазона очень высокое. В настоящее время фазовый дальномер на общем рынке может достигать разрешения на уровне миллиметра.
Недостатком является то, что скорость измерения медленнее, чем диапазон измерений. Ведь нам нужно откалибровать разность фаз не менее десятков или даже сотен циклов. Фактически, это эквивалентно увеличению времени измерения по фазе, а затем скорости измерения. Относительно низкой. Кроме того, его точность измерения относительно чувствительна к движению формы цели. Если в измеренном световом пятне две цели находятся в тандеме, то конкретная информация, которую он фактически измерил, представляет собой среднее расстояние между двумя целями, а не предыдущую информацию о цели или следующую информацию о цели.
Но в диапазоне пульса такую информацию легко отделить. Например, для лазерного импульса, если мы можем достигнуть длительности импульса 10 наносекунд, то мы можем различить цель, которая составляет 30 сантиметров от передней части к задней, с помощью нескольких эхо-сигналов.
Трудно отличить этот метод по фазе. Поскольку в процессе измерения его время будет больше, а информация о расстоянии, вносимая движением цели, вводится в измеренное значение. Фактически он измеряет информацию о среднем расстоянии, а не информацию в реальном времени. Но лазерная локация на самом деле в режиме реального времени информация о текущей позиции.
Вот почему лидар для транспортных средств или роботов часто использует технологию лазерного позиционирования, а не технологию фазового диапазона.
A
триангуляция
Измерение расстояния триангуляции предназначено для получения информации о расстоянии путем измерения положения изображения точки лазерного излучения в камере. Самым большим преимуществом метода триангуляции является то, что техническая сложность низкая, стоимость также очень низкая, а точность дальности на близком расстоянии также очень высока. Например, промышленное использование может обеспечить точность измерения в 100 микрон.
Но недостатком является то, что его точность будет постепенно ухудшаться с увеличением расстояния, и в принципе не может сравниваться с диапазоном импульсов и диапазоном фаз.
Еще один момент, потому что CMOS камера должна использовать непрерывный лазер для синхронного освещения, ее средняя мощность относительно низкая, и ее способность против вмешательства будет очень сильной. Этот метод ранжирования, как правило, подходит для макросъемки в помещениях, но не подходит для работы на фоне яркого света на открытом воздухе или на фоне яркого света в помещении.
Измерение расстояния триангуляции больше подходит для сцен с низкими требованиями к производительности, таких как роботы. В дополнение к относительно высокой стоимости и техническим трудностям, импульсный диапазон имеет отличные характеристики в других аспектах. Конечно, точность измерения дальности будет немного ниже, чем точность измерения фазы. Но такого рода точность, в соответствии с существующей технологией, позволяет достичь точности измерения расстояния порядка сантиметров или даже нескольких миллиметров, что может во многих случаях соответствовать нашим требованиям.
Нашим основным направлением является использование импульсного ранжирования для создания однолинейных радаров, в том числе многолинейных.
A
Что такое однолинейный лидар
Однолинейный лидар на самом деле является высокочастотным импульсным лазерным дальномером, плюс одномерное сканирование вращения. Особенности однолинейного лидара:
1. Существует только один способ передачи и один способ получения, структура относительно проста и удобна в использовании;
2. Высокая скорость сканирования и высокое угловое разрешение;
3. Низкий объем, вес и энергопотребление;
4. Более высокая надежность;
5. Низкая стоимость;
A
Что может сделать однолинейный лидар?
В области автономного вождения мы в основном видим многолинейный лидар, однолинейный лазер
Что может сделать радар?
Как показано на рисунке выше, первым автомобилем, который будет участвовать в DARPA Autopilot Challenge в Соединенных Штатах, станет автомобиль Stanford 2005 года по имени Stanly. Это машина, которая выиграла чемпионат в этом году. Другой автомобиль из Университета Карнеги-Меллона.
В то время они в основном использовали однолинейный лидар. Специально для гоночного автомобиля Стэнфордского университета, прямо над ним установлено пять лидаров, мы можем думать о нем как об источнике многолинейного лидара, но он использует пять однолинейных лидаров для достижения функции многострочного лидара.
После того, как Velodyne выпустила 64-строчный лидар в 2007 году, многие автомобили с автономным управлением в основном использовали продукты Velodyne. Но значит ли это, что однолинейный лидар не имеет рынка в области ассистированного или автономного вождения? Я не думаю, что' я так думаю. Так как однолинейный лидар обладает своими характеристиками, например, многострочному лидару трудно достичь одинаковых технических показателей при высокой частоте повторения и высоком угловом разрешении. С точки зрения обнаружения пешеходов, обнаружения препятствий (обнаружения небольших целей) и обнаружения передних препятствий однолинейные лазеры имеют много преимуществ по сравнению с многолинейными лидарами, поскольку однолинейные лазерные радары могут иметь более высокое угловое разрешение, чем многолинейные лидары. Это очень полезно при обнаружении небольших предметов или пешеходов. Эта технология очень полезна для интеллектуальных роботов и служебных роботов, и эта область также очень популярна.
Многие люди могут задать вопрос, зачем использовать лидар для обнаружения полосы вместо камеры.' не является ли алгоритм ADAS очень зрелым? Почему я должен использовать лидар?
Это связано с тем, что камера особенно чувствительна к помехам от фонового или сильного света. Например, когда мы идем по усаженному деревьями проспекту, если тень деревьев падает в пятнах, а затем сочетается с белыми линиями полосы движения, очень трудно распознать линии полосы движения, и вероятность распознавания находится под сложным освещением или сильные условия освещения. Вероятность его распознавания очень и очень мала, а алгоритм очень сложен.
Итак, каковы преимущества использования лидара для обнаружения полосы движения? Во-первых, мы используем инфракрасные лазеры, излучение которых в инфракрасном диапазоне намного ниже, чем в видимом свете. Во-вторых, мы добавим очень узкий фильтр, чтобы напрямую отфильтровывать сильный фоновый свет. Затем мы используем инфракрасный свет, чтобы обнаружить его. Таким образом, мы можем получить очень качественное изображение линии полосы, а через градации серого изображения очень легко обнаружить линию полосы. Другими словами, используя лидар для обнаружения линии полосы движения, его производительность будет выше, чем у камеры.
Применение однолинейного лидара при вспомогательном вождении - это обнаружение пешеходов. Фактически, это также приложение для предотвращения столкновений вперед, которое в основном похоже на предотвращение столкновений автомобилей. Поскольку угловое разрешение однолинейного лидара может быть выше, чем у многолинейного лидара, пешеходы могут быть заранее обнаружены на большем расстоянии, что оставляет больше времени для предупреждения системы управления или водителя.
