Каковы преимущества и недостатки? Триангуляция и лидарный анализ TOF!
В качестве основного датчика многих интеллектуальных устройств широко используется лидар. Сегодня мы часто видим лидар в беспилотных транспортных средствах, сервисных роботах, погрузчиках AGV, интеллектуальном управлении дорожными и транспортными средствами, а также автоматизированных производственных линиях, которых достаточно, чтобы показать свое незаменимое положение в цепочке индустрии искусственного интеллекта.
Что касается основной лидарной продукции на рынке, то радары, используемые для обнаружения окружающей среды и строительства карт, можно примерно разделить на две категории в соответствии с техническими маршрутами. Одним из них является TOF (Время полета) радар, а другой это треугольный радар. Я считаю, что многие люди знакомы с этими двумя терминами, но если вы хотите сказать, являются ли эти два решения лучше или хуже с точки зрения принципа, производительности, стоимости и применения, а также причины их, может быть, каждый человек имеет более или менее. Сомневался. Сегодня редактор даст несколько предложений и проанализирует эти вопросы.
1. Принцип
Принцип метода триангуляции показан на рисунке ниже. Лазер излучает лазерный свет. После облучения объекта отраженный свет получен линейным CCD. Поскольку лазер и детектор разделены на определенное расстояние, объекты на разных расстояниях будут изображены на CCD в соответствии с оптической траекторией. В разных местах. Вычисляя по тригонометрической формуле, расстояние измеренного объекта может быть получено.
Просто посмотрите на принцип, как вы думаете, это довольно просто?
Рисунок 1. Принцип триангуляции
Однако принцип TOF проще. Как показано на рисунке 2, лазер излучает лазерный импульс, и время излучения регистрируется таймером, обратный свет получен приемником, а время возврата записывается таймером. Два раза вычитаются, чтобы получить "время полета" света, и скорость света постоянна, так что расстояние может быть легко рассчитано после того, как скорость и время известны.
Рисунок 2. Принцип диапазона TOF
Очень жаль, что если все так просто, как вспомнить, мир будет прекрасным. Эти две схемы будут иметь свои собственные проблемы в конкретной реализации, но в сравнении, ТОФ, очевидно, больше трудностей, чтобы преодолеть.
Основными трудностями в реализации радара TOF являются:
Во-первых, это вопрос времени. В схеме TOF измерение расстояния зависит от измерения времени. Но скорость света слишком быстрая, поэтому, чтобы получить точное расстояние, требования к системе синхронизации становятся очень высокими. Одна часть данных заключается в том, что лидар должен измерять расстояние 1 см, а соответствующий промежуток времени составляет около 65ps. Студенты, которые немного знакомы с электрическими характеристиками должны знать, что это значит за системой цепи.
Во-вторых, обработка импульсных сигналов. Есть две части:
Одним из них является лазер: В дельта радар, почти нет необходимости для лазерного вождения. Поскольку измерение зависит от положения лазерного эха, требуется только один непрерывный свет. Но TOF не работает. Мало того, что он требует импульсного лазера, но качество не так уж плохо. В настоящее время ширина импульса исходящего света радара TOF составляет около нескольких наносекунд, и восходящий край должен быть как можно быстрее. Поэтому лазерная схема вождения каждого изделия Есть также высокие и низкие точки.
Другой приемник. Вообще говоря, идентификация времени эха на самом деле время идентификации восходящего края. Поэтому при обработке эхо-сигнала необходимо обеспечить, чтобы сигнал не был максимально искажен. Кроме того, даже если сигнал не искажается, так как эхо-сигнал не может быть идеальной квадратной волной, измерение различных объектов на одном расстоянии также приведет к изменению переднего края. Например, измерение белой бумаги и черной бумаги в одном положении может получить два эхо-сигнала, как показано на рисунке ниже, и система измерения времени должна измерять, что два передних края находятся в одном и том же (потому что расстояние такое же расстояние), которое требует специальной обработки.
Рисунок 3. Разница эхо-сигналов с разной отражаемостью
Кроме того, принимающий конец также сталкивается с такими проблемами, как насыщенность сигнала и обработка шумового пола, что можно сказать, что это трудно.
Во-вторых, производительность ПК, зная причину, зная, почему?
Сказав, что, по сути, с точки зрения ниже по течению пользователей, вам все равно, является ли это легко или трудно реализовать. Пользователи заботятся не более чем о двух точках: производительность и цена. Позвольте мне поговорить о производительности в первую очередь. Если большинство людей, которые знают эту отрасль знаю, что TOF радар лучше, чем треугольник радар в производительности. Но каковы конкретные аспекты и причины этого?
Измерение расстояния
В принципе, радар TOF может измерять большие расстояния. В самом деле, в некоторых случаях, которые требуют измерения расстояния, такие как беспилотные приложения автомобиля, почти все радары TOF. Есть несколько причин, почему триангуляция радар не может измерить далеко. Во-первых, она в принципе ограничена. На самом деле, это не трудно наблюдать Рисунок 1 тщательно. Чем дальше объект измеряется триангуляцией радара, тем меньше разница в положении на CCD. После превышения определенного расстояния, CCD вряд ли может различить. Во-вторых, треугольный радар не может получить более высокое соотношение сигнала к шуму, как радар TOF. TOF использует импульсный лазерный отбор проб и может строго контролировать поле зрения, чтобы уменьшить воздействие окружающего света. Таковы предпосылки для измерения на большие расстояния.
Конечно, расстояние не означает абсолютного качества, оно зависит от конкретных сценариев использования.
Скорость выборки
Когда Лидар изображает окружающую среду, он выводит изображение облака точки. Число измерений облака тока, которые могут быть завершены в секунду, является скорость выборки. В случае фиксированной скорости частота выборки определяет количество точечных облаков в каждом кадре изображения и угловое разрешение точечных облаков. Чем выше угловое разрешение и чем больше количество точечных облаков, тем более детально изображение изображает окружающую среду.
Что касается продукции на рынке, то скорость отбора проб радара триангуляции, как правило, ниже 20k, в то время как радар TOF может достичь более высокой (например, звездно-секундный радар ТОФ PAVO может достигать скорости отбора проб до 100k). Причина в том, что TOF нужен только один световой импульс для завершения измерения, и анализ времени в режиме реального времени также может быстро реагировать. Но три
Кому
Процесс расчета, необходимый для углового радара, длиннее.
Рисунок 4. Эффекты визуализации различных показателей выборки объектов в одном и том же месте
(A): Низкий уровень выборки точки облако шаблон; (B): Облако высокой скорости выборки (PAVO)
Точность
Лидар, по сути, является измерительным устройством расстояния, поэтому точность измерения расстояния, несомненно, является основным индикатором. На этом этапе точность тригонометрии очень высока на близком расстоянии, но по мере того, как расстояние становится все дальше и дальше, точность его измерения будет становиться все хуже и хуже. Это потому, что измерение тригонометрии связано с углом, и с увеличением расстояния, разница в углах будет становиться все меньше и меньше. Таким образом, треугольный радар обычно использует процентную маркировку при точности маркировки (общие, такие как 1%), то максимальная погрешность на расстоянии 20 м составляет 20 см. Радар TOF зависит от времени полета, а точность измерения времени существенно не меняется с увеличением длины. Таким образом, большинство радаров TOF могут поддерживать точность в несколько сантиметров в пределах измерительных диапазонов в десятки метров.
Скорость (частота кадров)
В механическом радаре частота кадров изображения определяется скоростью двигателя. Что касается двухмерного лидара в настоящее время на рынке, максимальная скорость треугольного радара, как правило, ниже 20 Гц, в то время как радар TOF может достигать около 30 Гц-50 Гц. Как правило, треугольный радар обычно принимает структуру верхних и нижних разделенных тел, то есть верхняя часть отвечает за лазерное излучение, прием и сбор, а нижняя часть отвечает за вождение двигателя и питание. Чрезмерно тяжелые компоненты движения ограничивают более высокую скорость. Радар TOF обычно принимает интегрированную полутвердую структуру, и двигатель должен управлять только зеркалом, поэтому энергопотребление двигателя невелико, а скорость, которую можно поддерживать, также выше.
Конечно, разница в скорости, упомянутых здесь просто объективный анализ существующих продуктов. В самом деле, нет существенной связи между скоростью и радар принятия TOF или триангуляции метод. Основной многослойный радар TOF также принимает верхнюю и нижнюю сплит-структуру. Ведь оптическая конструкция коаксиальной структуры подвержена многим ограничениям. Скорость многоступенчатого радара TOF, как правило, ниже 20 Гц.
Тем не менее, высокая скорость (или высокая частота кадров) имеет смысл для изображения облака тока. Высокая частота кадров в большей мере способствует захвату высокоскоростных движущихся объектов, таких как транспортные средства, движущиеся по автомагистралям. Кроме того, при создании карты сама по себе движущаяся радиолокационная карта будет искажена (например, если стационарный радар сканирует круг как круг, то при движении радара по прямой, отсканированное изображение становится эллипсом). Очевидно, что высокая скорость может лучше уменьшить влияние такого рода искажений.
3. Стоимость
Если вы только посмотрите на сравнение производительности, кажется, что производительность радара TOF полностью переполняет треугольный радар. Однако конкурентоспособность продукции – это не просто конкуренция параметров производительности, пользователи также заботятся о цене, стабильности и сервисе.
По крайней мере, с точки зрения стоимости, текущая стоимость треугольного радара ниже, чем у радара TOF, а стоимость треугольного радара малой дальности уже находится на уровне 100 юаней. В настоящее время цена импортного радара TOF составляет более 10 000 юаней. Можно сказать, что высокая цена является важным фактором, ограничивающим дальнейшее расширение лидарных приложений TOF.
Однако с ростом отечественных производителей радаров TOF в последние годы стоимость радара TOF значительно снизилась. По сравнению с импортными брендами, цены на отечественную радиолокационную продукцию ТОФ стали достаточно конкурентоспособными. В будущем, с совершенствованием технологии производства и дальнейшим увеличением поставок, считается, что стоимость радара TOF будет еще больше сжата, и не невозможно осадиться до уровня, аналогичного треугольному радару.
Четыре сценария применения
Сцена треугольного радара в основном используется в закрытых приложениях на короткие расстояния, и наиболее типичной сценой является подметание робота. В сценах с большим диапазоном обнаружения (таких как торговые центры, аэропорты или станции), а также на открытом воздухе сцены, TOF более широко используется. Кроме того, стоит отметить, что дельта-радар, который подвергается воздействию и вращается, делает свою продукцию очень хрупкой с точки зрения пылевой и водонепроницаемости. В некоторых специальных приложениях, таких как мастерская, где работает автомобиль AVG, часто много пыли. В окружающей среде двигатель треугольного радара очень легко повредить. В отличие от этого, полутвердая конструкция, принятая радаром TOF, может обеспечить лучшую защиту и более длительный срок службы.
Рисунок 5. Звездный лидар TOF
В настоящее время отечественный радар ТОФ стремительно развивается. Лазерный сканер 2D-безопасности, запущенный циндарем, может достигать расстояния измерения 20 м, скорости облака 100 кГц, максимального углового разрешения 0,036 "и уровня защиты IP65. Его применение было связано с беспилотным вождением, робототехникой, AGV, безопасностью, дорожным управлением и многими другими областями являются отличными представителями китайского радара TOF.
