Melyek az előnyei és hátrányai? Háromszög és TOF lidar elemzés!
Számos intelligens eszköz központi érzékelőjeként a lidar széles körben elterjedt. Ma gyakran láthatunk lidart pilóta nélküli járművekben, szervizrobotokban, AGV targoncákban, intelligens közúti adminisztrációban és szállításban, valamint automatizált gyártósorokban, ami elegendő ahhoz, hogy megmutassa nélkülözhetetlen pozícióját a mesterséges intelligencia ipari láncában.
Ami a piacon lévő főbb lidar termékeket illeti, a környezeti detektálásra és a térképépítésre használt radarok nagyjából két kategóriába oszthatók a műszaki útvonalak szerint. Az egyik a TOF (Time of Flight) radar, a másik pedig egy háromszög alakú radar. Úgy gondolom, hogy sok ember ismeri ezt a két kifejezést, de ha el akarja mondani, hogy ez a két megoldás jobb-e vagy rosszabb-e az elv, a teljesítmény, a költség és az alkalmazás, valamint a mögöttük álló okok tekintetében, akkor talán mindenkinek van több, ill. Kevésbé. Kétséges. Ma a szerkesztő néhány javaslatot ad és elemzi ezeket a kérdéseket.
1. Alapelv
A háromszögelési módszer alapelve az alábbi ábrán látható. A lézer lézerfényt bocsát ki. Az objektum besugárzása után a visszavert fényt a lineáris CCD fogadja. Mivel a lézert és az érzékelőt egy bizonyos távolság választja el egymástól, a CCD-n az optikai útnak megfelelően különböző távolságban lévő tárgyakat képeznek. Különböző helyszínek. A trigonometrikus képlet alapján számolva levezethető a mért tárgy távolsága.
Csak nézze meg az elvet, szerinted' meglehetősen egyszerű?
1. ábra A háromszögelés tartományának elve
A TOF elve azonban egyszerűbb. Amint a 2. ábrán látható, a lézer lézerimpulzust bocsát ki, és az emisszió idejét az időzítő rögzíti, a visszatérő fényt a vevő fogadja, a visszatérési időt pedig az időzítő rögzíti. A két idõt kivonjuk, hogy megkapjuk a&"repülési idõt"; fénysebessége állandó, így a sebesség és az idő ismerete után a távolság könnyen kiszámítható.
2. ábra. A TOF tartományának elve
Kár, hogy ha minden olyan egyszerű, mint az emlékezés, a világ csodálatos lesz. Ennek a két rendszernek megvannak a maga kihívásai a konkrét megvalósításban, de ehhez képest a TOF-nek nyilvánvalóan több nehézséggel kell küzdenie.
A TOF radar megvalósításának fő nehézségei a következők:
Az első az időzítés kérdése. A TOF sémában a távolságmérés az időméréstől függ. De a fénysebesség túl gyors, így a pontos távolság elérése érdekében az időzítő rendszer követelményei nagyon magasakká válnak. Az egyik adat az, hogy a lidarnak 1 cm távolságot kell mérnie, és a megfelelő időtartam körülbelül 65ps. Azoknak a hallgatóknak, akik kicsit ismerik az elektromos jellemzőket, tudniuk kell, hogy ez mit jelent az áramkör mögött.
A második az impulzusjelek feldolgozása. Két részből áll:
Az egyik a lézer: A delta radarban szinte nincs követelmény a lézeres vezetésre. Mivel a mérés a lézer visszhangjának helyzetétől függ, csak egy folyamatos fény kibocsátására van szükség. De a TOF nem működik. Nemcsak pulzáló lézert igényel, de a minőség sem túl rossz. Jelenleg a TOF radar kimenő fényének impulzusszélessége körülbelül néhány nanoszekundum, és az emelkedő élnek a lehető leggyorsabbnak kell lennie. Ezért az egyes termékek lézeres vezetési sémája Vannak magas és mélypontok is.
A másik a vevő. Általánosságban elmondható, hogy az echo időazonosítás valójában az emelkedő él időazonosítása. Ezért az echo jel feldolgozása során biztosítani kell, hogy a jel ne torzuljon a lehető legnagyobb mértékben. Ezenkívül, ha a jel nem torzul, mivel az echo jel nem lehet ideális négyzethullám, a különböző tárgyak azonos távolságra történő mérése szintén az elülső él változását eredményezi. Például a fehér és a fekete papír ugyanazon helyzetben történő mérésével két visszhangot kaphat, amint az az alábbi ábrán látható, és az időmérő rendszernek meg kell mérnie, hogy a két elülső él egyidejű legyen (mert a távolság azonos távolságra), amely különleges bánásmódot igényel.
3. ábra A különböző visszaverő képességű echo jelek különbsége
Ezenkívül a vevő vége olyan problémákkal is szembesül, mint például a jel telítettsége és a zajszint feldolgozása, ami nehéznek mondható.
Másodszor, a teljesítmény PK, tudva az okát, tudva miért?
Azt mondta, hogy valójában a továbbfelhasználók szempontjából nem érdekli, hogy könnyű vagy nehéz megvalósítani. A felhasználókat nem érdekli más, mint két pont: teljesítmény és ár. Először hadd beszéljek a teljesítményről. Ha a legtöbb ember, aki ismeri ezt az iparágat, tudja, hogy a TOF radar teljesítménye jobb, mint a háromszög radar. De mik a konkrét szempontok és ennek okai?
Távolság mérése
A TOF radar elvileg hosszabb távolságokat képes mérni. Valójában bizonyos esetekben, amelyek távolságmérést igényelnek, például vezető nélküli autóalkalmazások, szinte az összes TOF radar. Számos oka van annak, hogy a háromszögelési radar nem képes messze mérni. Először is, elvileg korlátozott. Valójában nem nehéz gondosan megfigyelni az 1. ábrát. Minél messzebb van a háromszögelési radarral mért tárgy, annál kisebb a helyzetkülönbség a CCD-n. Egy bizonyos távolság túllépése után a CCD alig képes megkülönböztetni. A második az, hogy a háromszög alakú radar nem képes nagyobb jel / zaj arányt elérni, mint a TOF radar. A TOF pulzáló lézeres mintavételt használ, és szigorúan ellenőrizheti a látómezőt a környezeti fény hatásának csökkentése érdekében. Ezek a távmérés előfeltételei.
Természetesen a távolság nem jelenti az abszolút minőséget, hanem az adott használati forgatókönyvektől függ.
Mintavételi arány
Amikor a Lidar a környezetet ábrázolja, pontfelhő képet ad ki. A másodpercenként elvégezhető pontfelhő-mérések száma a mintavételi arány. Rögzített sebesség esetén a mintavételi frekvencia határozza meg az egyes képkeretek pontfelhőinek számát és a pontfelhők szögfelbontását. Minél nagyobb a szögfelbontás és annál nagyobb a pontfelhők száma, annál részletesebb képet mutat a kép a környező környezetről.
Ami a piacon lévő termékeket illeti, a triangulációs radar mintavételi aránya általában 20k alatt van, míg a TOF radar magasabb (például a csillag-második TOF radar PAVO elérheti a 100k mintavételi arányt is) ). Ennek oka, hogy a TOF-nek csak egy fényimpulzusra van szüksége a mérés befejezéséhez, és a valós idejű elemzés is gyorsan reagálhat. De három
Nak nek
A szögradarhoz szükséges számítási folyamat hosszabb.
4. ábra: Különböző mintavételi gyakoriság képalkotó hatásai ugyanazon a helyen lévő objektumokra
(A): Alacsony mintavételi sebességű felhő mintázat; (B): Magas mintavételi sebességű felhő mintázat (PAVO)
Pontosság
A Lidar lényegében távolságmérő eszköz, így a távolságmérés pontossága kétségtelenül az alapvető mutató. Ezen a ponton a trigonometria pontossága nagyon nagy a közeli távolságoknál, de ahogy a távolság egyre távolabb kerül, mérésének pontossága egyre rosszabbá válik. Ennek oka, hogy a trigonometria mérése összefügg a szöggel, és a növekvő távolsággal a szögkülönbség egyre kisebb lesz. Ezért a háromszög alakú radar általában százalékos jelölést használ a pontosság jelölésekor (mint például 1%), akkor a maximális hiba 20 m távolságon 20 cm. A TOF radar a repülési időre támaszkodik, és az időmérési pontosság nem változik jelentősen a hossz növekedésével. Ezért a legtöbb TOF radar több centiméteres pontosságot képes fenntartani tíz méteres mérési tartományon belül.
Sebesség (képsebesség)
Mechanikus radarban a képkockasebességet a motor sebessége határozza meg. Ami a jelenleg piacon lévő kétdimenziós lidárt illeti, a háromszög radar maximális sebessége általában 20Hz alatt van, míg a TOF radar körülbelül 30Hz-50Hz-et képes elérni. Általában a háromszög alakú radar általában felveszi a felső és az alsó test felépítését, vagyis a felső rész felelős a lézeremisszióért, a vételért és az összegyűjtésért, az alsó rész pedig a motoros vezetésért és az áramellátásért. A túl nehéz mozdulatok korlátozzák a nagyobb sebességet. A TOF radar általában integrált félig szilárd szerkezetet alkalmaz, és a motornak csak a tükör meghajtására van szüksége, így a motor energiafogyasztása kicsi, és a támogatható sebesség is nagyobb.
Természetesen az itt említett sebességkülönbség csak a meglévő termékek objektív elemzése. Valójában nincs lényeges kapcsolat a sebesség és a radar között, amely elfogadja a TOF-et vagy a háromszögelési módszert. A mainstream többsoros TOF radar szintén elfogadja a felső és az alsó osztott szerkezetet. Végül is a koaxiális szerkezet optikai kialakítására számos korlátozás vonatkozik. A többsoros TOF radar sebessége általában 20 Hz alatt van.
A nagy sebesség (vagy a magas képkockasebesség) azonban értelmes a pontfelhő-képalkotás szempontjából. A nagy képsebesség elősegíti a nagy sebességgel mozgó tárgyak, például az autópályán közlekedő járművek megörökítését. Ezen túlmenően, amikor egy térképet önmagában épít, a mozgó radartérkép torzul (például ha egy álló radar kört szkennel körbe, akkor amikor a radar egyenes vonalban mozog, a beolvasott kép ellipszissé válik). Nyilvánvaló, hogy a nagy sebesség jobban képes csökkenteni az efféle torzítások hatását.
3. Költség
Ha csak a teljesítmény-összehasonlítást nézzük, úgy tűnik, hogy a TOF-radar teljesítménye teljesen elárasztja a háromszög alakú radart. A termékverseny azonban nem csak a teljesítményparaméterek versenye, a felhasználóknak fontos az ár, a stabilitás és a szolgáltatás is.
Legalább a költségeket tekintve a háromszög radar jelenlegi költsége alacsonyabb, mint a TOF radaré, és a rövid hatótávolságú háromszög radar költsége már 100 jüan. Jelenleg az importált TOF radar ára meghaladja a 10 000 jüant. Elmondható, hogy a magas ár fontos tényező, amely korlátozza a TOF lidar alkalmazások további bővülését.
Az utóbbi években a hazai TOF radargyártók térnyerésével azonban a TOF radar költségei nagymértékben csökkentek. Az import márkákkal összehasonlítva a hazai TOF radartermékek ára meglehetősen versenyképessé vált. A jövőben a gyártástechnológia fejlesztésével és a szállítmányok további növekedésével úgy gondolják, hogy a TOF radar költségei tovább tömörülnek, és nem lehetetlen a háromszög radaréhoz hasonló szintre süllyedni.
Négy, alkalmazási forgatókönyvek
A háromszög radar jelenetét elsősorban beltéri rövid távolságú alkalmazásokban használják, és a legjellemzőbb jelenet a söpörő robot. A nagy érzékelési tartományú jeleneteknél (például bevásárlóközpontokban, repülőtereken vagy állomásokon), valamint a szabadtéri jeleneteknél a TOF-et szélesebb körben használják. Ezenkívül érdemes megemlíteni, hogy a kitett és forgó delta radar termékeit nagyon törékennyé teszi a por- és vízállóság szempontjából. Bizonyos speciális alkalmazásokban, például az AVG autó üzemében működő műhelyben gyakran sok a por. A környezetben a háromszög radar motorját nagyon könnyű károsítani. Ezzel szemben a TOF radar által elfogadott félig szilárd kialakítás jobb védelmet és hosszabb élettartamot nyújthat.
5. ábra Csillag másodperces TOF lidar
Jelenleg a hazai TOF radar gyorsan fejlődik. A cyndar által indított 2D biztonsági lézerszkenner elérheti a 20 méteres mérési távolságot, a pontfelhő sebességét 100 kHz, a maximális szögfelbontást 0,036 ° és az IP65 védelmi szintet. Alkalmazása a pilóta nélküli vezetést, a robotikát, az AGV-t, a biztonságot, a közigazgatást és sok más területet képviseli a China' TOF radarjának kiváló képviselői.
