A lidar legkorábbi meghatározása a LIDAR, az angol a Light DeteaTIon and Ranging, a kínai jelentése" fényérzékelés és amplitúdó" ;.
Valójában egy pontosabb meghatározás a LADAR: LAser DetecTIon and Ranging, vagyis" lézerdetektálás és" spektrum. Ez egy 2004-ben javasolt meghatározás, amely jobban megfelel a lidar fogalmának.
A Lidar valójában egyfajta radar, amely az optikai sávban (speciális sávban) működik, és előnyei nyilvánvalóak:
1. Rendkívül nagy felbontás: A Lidar az optikai sávban működik, és a frekvencia 2-3 nagyságrenddel magasabb, mint a mikrohullámú. Ezért, összehasonlítva a mikrohullámú radarral, a lidar rendkívül nagy távolság-felbontású, szögfelbontású és sebesség-felbontású
2. Erős interferenciaellenes képesség: a lézer hullámhossza rövid, nagyon kis eltérési szöggel (μrad nagyságrendben) lézernyalábot bocsáthat ki, a többutas hatás kicsi (nem képez irányú emissziót és generál többutas hatások mikrohullámú vagy milliméteres hullámokkal), detektálható alacsony magasságú / ultra alacsony tengerszint feletti célpontok;
3. A kapott információ mennyisége gazdag: a cél távolsága, szöge, reflexiós intenzitása, sebessége és egyéb információ közvetlenül megszerezhető a cél multidimenziós képének elkészítéséhez;
4. Egész nap képes működni: aktív lézeres érzékelés, nem függ a külső megvilágítási körülményektől vagy a cél sugárzási tulajdonságaitól. Csak saját lézernyalábot kell bocsátania, és célinformációkat kell szereznie a kibocsátott lézersugár visszhangjának észlelésével.
A lidar legnagyobb hátránya azonban, hogy a légköri viszonyok és a munkakörnyezetből származó füst könnyen befolyásolja. Nagyon nehéz minden időjárási körülményt elérni.
Lidar osztályozás
Ha a lidar osztályozása rendszerekre oszlik, akkor elsősorban a közvetlen detektálási lidar és koherens detektálási lidar létezik. Valójában az, amit jelenleg említettünk, beleértve az automatikus vezetést, a robotokat és a felméréshez és térképezéshez használt lidart, alapvetően ebbe a közvetlen detektáló lidar típusba tartozik. Néhány speciális radar, például a szélmérés és a sebességmérés, általában koherens rendszert használ. Ha a lidar osztályozása rendszerekre oszlik, akkor elsősorban a közvetlen detektálási lidar és koherens detektálási lidar létezik. Valójában az, amit jelenleg említettünk, beleértve az automatikus vezetést, a robotokat és a felméréshez és térképezéshez használt lidart, alapvetően ebbe a közvetlen detektáló lidar típusba tartozik. Néhány speciális radar, például a szélmérés és a sebességmérés, általában koherens rendszert használ.
Az alkalmazás szerinti osztályozás szerint többet oszthatunk fel, mint például: lézer távolságmérő, lézer háromdimenziós képalkotó radar, lézeres sebességmérő radar, lézeres légköri érzékelő radar stb.
Legyen szó egysoros, többvonalas vagy földmérő lidarról, alapvetően fel lehet osztani a lézer háromdimenziós képalkotó radar kategóriájába.
A lézer háromdimenziós képalkotó radarnak valójában két alapvető információt kell beszereznie: a cél távolságára vonatkozó információt és a célszög információt.
Ha meghatározzuk annak háromdimenziós ülőképességét, meg kell szereznünk a távolsággal, az irányszöggel és a hangmagassággal kapcsolatos információkat. Ezután kiszámoljuk a cél háromdimenziós koordinátapontját a távolság, azimut szög és a dőlésszög három információja alapján.
Általánosságban elmondható, hogy a szöginformációnak a kódoló mérésével történő nyerésének technikája nagyon érett. Sokkal inkább aggódunk, hogy miként szerezzük meg a lidar távolságra vonatkozó információit.
A lézer háromdimenziós képalkotó radar a távolság és a közvetlen szögmérés technológiájával megkaphatja a cél háromdimenziós pontfelhő adatait, a kapott adatok pedig maga is háromdimenziós adatok. A cél háromdimenziós kép elkészítéséhez nincs szükség nagy számításra és feldolgozásra, és a lézeres távolság nagyon nagy pontosságú.
Ezért a lézer háromdimenziós képalkotó radar jelenleg a leghatékonyabb érzékelő, amely képes a háromdimenziós jelenetek széles skálájáról képeket elérni, és ugyanakkor az az érzékelő, amely jelenleg a háromdimenziós jelenetek legnagyobb pontosságát képes elérni.
A
Lézeres távolságmérési módszer
Jelenleg a távolságmérési módszereket, amelyeket általában láthatunk, széles kategóriákba lehet osztani: lézeres repülési idő (TI of Fly, TOF) módszer és háromszögelési módszer.
A lézeres repülési időmérési módszert két kategóriába lehet osztani: az egyik az impulzusmoduláció (impulzustartomány-technológia), a másik pedig a folyamatos hullámhosszúságú lézermoduláció fázismodulációja, amely a távolságinformációt fáziskülönbség alapján méri.
A távolságmérők, amelyeket láthatunk a piacon, vagy az egysoros és a többvonalas lidarek alapvetően ezt a háromféle skálázási módszert használják.
A
Lézerimpulzusos technológia
A lézerimpulzus-távolságmérő technológia alapelve nagyon egyszerű: a cél távolságára vonatkozó információt úgy kaphatja meg, hogy megméri a lézerimpulzus repülési idejét a radar és a cél között. Itt egy referenciaértéket használunk, amely a fény sebessége. Minden mérésnek nullaponttal kell rendelkeznie. Lézer esetén két nullapont van: sebesség és frekvencia (a két legpontosabb nullapont), mivel a TOF-hez használt nullapont a lézer repülési sebessége.
A fent említett három tartományba sorolási módszer közül azt gondolom, hogy a legnehezebb technikai probléma az impulzusos módszer. De az előnyei nyilvánvalóak: a mérési sebesség nagyon gyors. Mivel a mérést nagy csúcsértékű lézerrel hajtják végre, az elakadásgátló képessége nagyon erős.
Hátránya, hogy nehéz javítani a felbontási tartományt, és az érzékelő áramkör is nehéz. Például, ha 1,5 mm-es felbontást akarunk elérni a fázistávolsághoz, akkor 10 picos másodperc időzítési órajel-felbontást kell elérnünk, amely egyenértékű 100G sávszélességgel. Ez egy nagyon nehéz technika.
A
Lézeres fázistartomány
A lézeres fázistávolság, mint például a kézi lézeres frekvenciaváltó, fázistávolságot használ. Elsősorban a távolságra vonatkozó információt szerezi azáltal, hogy megméri a fáziskülönbséget, amelyet az intenzitás-modulált folyamatos hullám lézerjelek generálnak előre és hátra a radar és a cél között.
Ennek a technológiának a legnagyobb előnye: a távolságfelbontás nagyon magas. Jelenleg az általános piacon a fázistartomány-kereső milliméter szintű felbontást érhet el.
Hátránya, hogy a mérési sebesség lassabb, mint az impulzustartomány. Végül is fáziskülönbséget legalább tíz vagy akár több száz ciklust kell kalibrálnunk. Valójában ez egyenértékű azzal, hogy meghosszabbítja a mérési időt fázisban, akkor a mérési sebesség viszonylag alacsony. Ezenkívül mérési pontossága viszonylag érzékeny a cél alakjának mozgására. Ha a mért fénypontban a két cél egyidejűleg van, akkor a ténylegesen mért konkrét információ a két cél közötti távolság átlaga, nem pedig az előző célinformáció vagy a következő célinformáció.
Az impulzustartományban azonban könnyű elkülöníteni az ilyen információkat. Például egy lézerimpulzus esetén, ha 10 nanosekundum impulzusszélességet tudunk elérni, akkor több visszhang segítségével megkülönböztethetjük egy 30 cm-es célpontot elölről hátulról.
Nehéz megkülönböztetni ezt a módszert fázisban. Mivel a mérési folyamatban az idő hosszabb lesz, és a célmozgás által behozott távolságinformáció bekerül a mért értékbe. Valójában egy átlagos távolságot mér, nem pedig a valós idejű információkat. A lézeres impulzustartomány azonban valós idejű információ az aktuális helyzetről.
Ez az oka annak, hogy a járművek vagy a robotok lidar-je gyakran lézeres impulzus-tartományú technológiát alkalmaz a fázis-távtartó technológia helyett.
A
Háromszögelés
A háromszögelési távolságmérés célja, hogy távolságinformációt kapjon a kamera lézersugárzási pontjának képalkotó helyzetének megmérésével. A háromszögelési módszer legnagyobb előnye, hogy a műszaki nehézség alacsony, a költségek szintén nagyon alacsonyak, és a közeli távolságmérés pontossága szintén nagyon magas. Például az ipari felhasználás elérheti a 100 mikronos pontosságot.
Hátránya azonban, hogy pontossága fokozatosan romlik a távolság növekedésével, és alapvetően nem hasonlítható össze az impulzustartományban és a fázistartományban.
Egy másik pont, mivel a CMOS kamerának folyamatos lézert kell használnia a szinkron megvilágításhoz, az átlagos teljesítménye viszonylag alacsony, és az interferenciaellenes képessége nagyon erős. Ez a skálázási módszer általában beltéri közeli munkákra alkalmas, de nem alkalmas kültéri vakító háttér vagy beltéri vakító háttérrel végzett munkákhoz.
A háromszögelési távolságmérés jobban megfelel az alacsony teljesítményigényű helyeknek, például a robotoknak. A viszonylag magas költségek és a technikai nehézségek mellett az impulzustartomány más szempontból is kiváló teljesítményt nyújt. Természetesen a távolság pontossága kissé alacsonyabb lesz, mint a fázis tartomány. De az ilyen pontosság, a jelenlegi technológia szerint, alapvetően centiméter, vagy akár néhány milliméter nagyságrendben is elérheti a távolságmérési pontosságot, amely alapvetően számos esetben megfelelhet a használatunk követelményeinek.
Fő irányunk az impulzustartomány használata egysoros radarok készítéséhez, beleértve a többsoros radarokat is.
A
Mi az egysoros lidar?
Az egysoros lidar valójában egy nagyfrekvenciás impulzusos lézeres távolságmérő, plusz egydimenziós forgatás. Az egysoros lidar tulajdonságai:
1. Az átvitelnek csak egy módja és a fogadásának egyetlen módja van, a szerkezet viszonylag egyszerű és könnyen használható;
2. Nagy szkennelési sebesség és nagy szögfelbontás;
3. alacsony mennyiség, súly és energiafogyasztás;
4. Magasabb megbízhatóság;
5. alacsony költség;
A
Mit tehet az egysoros lidar?
Az autonóm vezetés területén alapvetően többvonalas lidart, egysoros lézert látunk
Mit tehet a radar?
Mint a fenti ábrán látható, az első autó, amely a DARPA Autopilot Challenge-ben részt vett az Egyesült Államokban, a 2005-ös Stanford nevű autó. Ez az autó nyerte meg a bajnokot abban az évben. A másik a Carnegie Mellon University autója.
Abban az időben alapvetően egysoros lidart használták. Különösen a Stanford University versenyautó esetében öt lidart telepítettek a fentiek felett, gondolhatunk rá, hogy a többvonalas lidar kezdeményezője, de öt egysoros lidart használ a többsoros lidar funkció eléréséhez.
Miután a Velodyne 2007-ben elindította a 64 soros lidart, sok önjáró jármű alapvetően Velodyne termékeket használt. De ez azt jelenti, hogy az egysoros lidarnak nincs piaca a segített vagy az autonóm vezetés számára? Nem hiszem, hogy&# 39. Mivel például az egyvonalas lidarnek megvannak a jellemzői, például a többvonalas lidar számára nehéz elérni ugyanazokat a műszaki mutatókat, magas ismétlési sebességgel és nagy szögfelbontással. A gyalogosok észlelése, az akadályok észlelése (kis célok érzékelése) és az első akadályok észlelése szempontjából az egyvonalas lézerek számos előnnyel rendelkeznek a többvonalas lidarekhez képest, mivel az egyvonalas lézerradarok szögfelbontása nagyobb, mint a többvonalas lidareké. Ez nagyon hasznos kis tárgyak vagy gyalogosok észlelésében. Ez a technológia nagyon hasznos az intelligens robotokban és a szervizrobotokban, és ez egy forró terület.
Sokan feltehetnek egy kérdést, hogy miért használjon kamerát helyett lidar-t a sávérzékeléshez.' az ADAS algoritmus nem nagyon érett? Miért kell használni a lidart?
Ennek oka az, hogy a fényképezőgép különösen érzékeny a háttérvilágítás vagy az erős fény zavarására. Például, amikor egy fákkal szegélyezett sétányon járunk, ha a fák árnyalata foltokra esik, majd egyesül a fehér sávvonalakkal, nagyon nehéz felismerni a sávvonalakat, és a felismerés valószínűsége komplex megvilágítás vagy erős fényviszonyok. Felismerési valószínűsége nagyon-nagyon alacsony, és az algoritmus nagyon bonyolult.
Tehát milyen előnyei vannak az lidar sávérzékeléshez történő használatának? Először olyan infravörös lézereket használunk, amelyeknek az infravörös sávban sokkal alacsonyabb a sugárzása, mint a látható fényé. Másodszor, hozzáadunk egy nagyon keskeny szűrőt az erős háttérvilágítás közvetlen kiszűréséhez. Ezután infravörös fény segítségével detektáljuk. Ily módon nagyon jó minőségű képet kapunk a sávvonalról, és a kép szürkeárnyalatos skáláján keresztül nagyon könnyű felismerni a sávvonalat. Más szavakkal, ha a sávvonal felismeréséhez lidar készüléket használunk, akkor annak jobb teljesítményt fog elérni, mint a fényképezőgépnél.
Az egysoros lidar alkalmazása a segített vezetés során a gyalogosok észlelése. Valójában ez egy előremenő ütközés-megelőző alkalmazás is, amely alapvetően hasonló a gépjármű-ütközések megelőzéséhez. Mivel az egyvonalas lidar szögfelbontása nagyobb lehet, mint a többvonalas lidar, a gyalogosok nagyobb távolságra előre észlelhetők, így több figyelmeztetési idő marad a vezérlőrendszer vagy a vezető számára.
