Lidar'ın ilk tanımı LIDAR, İngilizce light deteation ve Ranging, Çince anlamı "ışık algılama ve değişen".
Aslında, daha doğru bir tanımı LADAR: LAser DetecTIon ve Ranging, yani, "lazer algılama ve değişen". Bu, 2004 yılında önerilen ve lidar kavramına daha uygun olan bir tanımdır.
Lidar aslında optik bant (özel bant) çalışan radar bir tür ve avantajları çok açıktır:
1. Son derece yüksek çözünürlük: Lidar optik bant çalışır ve frekans mikrodalga daha yüksek büyüklüğü 2-3 siparişleri. Bu nedenle, mikrodalga radar ile karşılaştırıldığında, lidar son derece yüksek menzilçözünürlüğe, açısal çözünürlüğe ve hız çözünürlüğüne sahiptir
2. Güçlü anti-girişim yeteneği: lazer dalga boyu kısa, çok küçük bir sapma açısı (μrad sırasına göre) ile bir lazer ışını yatabilir, çok yol etkisi küçük (yön emisyon oluşturmak olmaz, ve mikrodalga veya milimetre dalga ile çok etkileri oluşturmak), tespit düşük irtifa / ultra düşük irtifa hedefleri;
3. Elde edilen bilgi miktarı zengindir: hedefin uzaklığı, açısı, yansıma yoğunluğu, hızı ve diğer bilgileri doğrudan hedefin çok boyutlu görüntüsünü oluşturmak için elde edilebilir;
4. Tüm gün çalışabilir: lazer aktif algılama, dış aydınlatma koşulları veya hedefin kendisi radyasyon özelliklerine bağlı değildir. Sadece kendi lazer ışını yontmak ve yayılan lazer ışınının yankı sinyali tespit ederek hedef bilgi elde etmek gerekir.
Ancak lidarın en büyük dezavantajı, atmosferik koşullardan ve çalışma ortamından gelen dumandan kolayca etkilenmesidir. Her türlü hava koşulunda çalışma ortamı elde etmek çok zordur.
Lidar sınıflandırması
Lidar sınıflandırması sistemlere ayrılırsa, esas olarak doğrudan algılama lidar ve tutarlı algılama lidar vardır. Aslında, şu anda bahsettiğimiz, otomatik sürüş de dahil olmak üzere, robotlar, ve lidar ölçme ve haritalama için kullanılan, temelde doğrudan algılama lidar bu tür aittir. Rüzgar ölçümü ve hız ölçümü gibi bazı özel radarlar genellikle tutarlı bir sistem kullanır. Lidar sınıflandırması sistemlere ayrılırsa, esas olarak doğrudan algılama lidar ve tutarlı algılama lidar vardır. Aslında, şu anda bahsettiğimiz, otomatik sürüş de dahil olmak üzere, robotlar, ve lidar ölçme ve haritalama için kullanılan, temelde doğrudan algılama lidar bu tür aittir. Rüzgar ölçümü ve hız ölçümü gibi bazı özel radarlar genellikle tutarlı bir sistem kullanır.
Uygulama sınıflandırmasına göre, lazer mesafe bulucu, lazer üç boyutlu görüntüleme radarı, lazer hız ölçüm radarı, lazer atmosferik algılama radarı, ve benzeri daha fazla bölebilirsiniz.
İster tek hatlı lidar, ister çok hatlı lidar, ister lidar'ı inceleyerek, lazer üç boyutlu görüntüleme radarı kategorisine bölebiliriz.
Lazer üç boyutlu görüntüleme radarı, aslında, iki temel bilgi elde etmek gerekir: hedef mesafe bilgileri ve hedef açı bilgileri.
Eğer üç boyutlu oturma standardını belirlersek, mesafesini, azimutunu ve eğim açısı bilgilerini almalıyız. Daha sonra hedefin üç boyutlu koordinat noktasını mesafe, azimut açısı ve eğim açısı nın üç bilgisini temel alınabiliyoruz.
Genel olarak, kodlayıcı ölçerek açı bilgisi elde etme tekniği çok olgundur. Biz daha çok lidar'ın mesafe bilgilerini nasıl elde edebileceğimiz konusunda endişeliyiz.
Lazer üç boyutlu görüntüleme radarı, doğrudan değişen ve doğrudan açı ölçüm teknolojisi ile hedefin üç boyutlu nokta bulutverilerini elde edebilir ve elde edilen veriler üç boyutlu veridir. Hedef üç boyutlu görüntü oluşturmak için hesaplama ve işleme büyük miktarda gerektirmez ve lazer değişen çok yüksek hassasiyete sahiptir.
Bu nedenle, lazer üç boyutlu görüntüleme radar şu anda üç boyutlu sahnelerin geniş bir yelpazede görüntüleri elde edebilirsiniz en verimli sensör, ve aynı zamanda şu anda üç boyutlu sahnelerin en yüksek doğruluk elde edebilirsiniz sensör.
A
Lazer arasında değişen yöntem
Şu anda, genellikle görebileceğimiz mesafe ölçüm yöntemleri geniş kategorilere ayrılabilir: lazer uçuş süresi (TIme of Fly, TOF) yöntemi ve nirengi yöntemi.
Lazer zaman-of-flight yöntemi iki kategoriye ayrılabilir, bir darbe modülasyonu (darbe değişen teknoloji), ve diğer faz farkı ile mesafe bilgilerini ölçer lazer sürekli dalga yoğunluğu modülasyonu faz modülasyonu.
Biz piyasada görebilirsiniz rangefinders, ya da tek satırlı ve çok hatlı lidars, temelde değişen yöntemler bu üç tür kullanın.
A
Lazer darbe değişen teknoloji
Lazer darbe değişen teknoloji prensibi çok basittir: radar ve hedef arasında lazer darbe uçuş süresini ölçerek hedefin mesafe bilgilerini elde. Burada ışık hızı olan bir ölçüt kullanılır. Tüm ölçümlerde bir datum olmalıdır. Bir lazer için iki datum vardır: hız ve frekans (en doğru iki datum), TOF için kullanılan datum lazerin uçuş hızı olduğu için.
Yukarıda bahsedilen üç değişen yöntemler arasında, ben en zor teknik sorun nabız değişen yöntemi olduğunu düşünüyorum. Ama getirdiği avantajlar açıktır: ölçüm hızı çok hızlıdır. Ölçüm yüksek pik değeri olan bir lazer tarafından yapıldığından, sıkışma yıtma yeteneği çok güçlüdür.
Dezavantajı, değişen çözünürlüğü geliştirmek zor ve algılama devresi zor olmasıdır. Örneğin, faz aralığı için 1,5 milimetrelik bir çözünürlük elde etmek istiyorsak, 100G bant genişliğine eşdeğer 10 pikosaniyelik bir zamanlama saati çözünürlüğü elde etmeliyiz. Bu çok zor bir tekniktir.
A
Lazer faz ı
Lazer faz aralığı, ortak el lazer aralığı bulucu gibi, faz aralığı kullanır. Esas olarak, radar ile hedef arasında ileri geri uçan yoğunluk modüle edilmiş sürekli dalga lazer sinyalinin oluşturduğu faz farkını ölçerek mesafe bilgisi elde eder.
Bu teknolojinin en büyük avantajı: aralık çözünürlüğü çok yüksektir. Şu anda, genel pazardaki faz aralığı bulucu milimetre düzeyinde çözünürlük elde edebilirsiniz.
Dezavantajı ölçüm hızı nabız değişen daha yavaş olmasıdır. Sonuçta, biz en az onlarca hatta yüzlerce döngüleri bir faz farkı kalibre etmek gerekir. Aslında, bu aşamada ölçüm süresini uzatmak için eşdeğerdir, daha sonra ölçüm hızı nispeten düşük. Buna ek olarak, ölçüm doğruluğu hedef şekil hareketine göre daha duyarlıdır. Ölçülen ışık noktasında, iki hedef birlikteyse, gerçekte ölçtüğü özel bilgiler, önceki hedef bilgileri veya bir sonraki hedef bilgileri değil, iki hedef arasındaki mesafenin ortalamasıdır.
Ama nabız değişen, bu tür bilgileri ayırmak kolaydır. Örneğin, lazer darbesi için, eğer 10 nanosaniyelik bir darbe genişliğine ulaşabilirsek, o zaman 30 santimetrelik bir hedefi önden arkaya doğru birden fazla yankıyla ayırt edebiliriz.
Bu yöntemi faz olarak ayırt etmek zordur. Çünkü ölçüm işleminde süresi daha uzun olacaktır ve hedef hareketin getirdiği mesafe bilgisi ölçülen değere getirilir. Aslında, ortalama mesafe bilgilerini ölçer, gerçek zamanlı bilgileri değil. Ama lazer darbesi nin şu anki konumu hakkında gerçek zamanlı bilgi.
Bu nedenle araçlar veya robotlar için lidar genellikle faz değişen teknoloji yerine lazer darbe değişen teknoloji kullanır.
A
Nirengi
Nirengi mesafe ölçümü, kameradaki lazer ışınlama noktasının görüntüleme konumunu ölçerek mesafe bilgisi elde etmektir. Nirengi yönteminin en büyük avantajı teknik zorluk düşük olmasıdır, maliyet de çok düşük, ve yakın mesafeden değişen doğruluğu da çok yüksektir. Örneğin, endüstriyel kullanım 100 mikron arasında doğruluk sağlayabilir.
Ama dezavantajı onun doğruluğu yavaş yavaş mesafe artışı ile bozulacak, ve temelde nabız değişen ve faz değişen ile karşılaştırılamaz.
Başka bir nokta, CMOS kamera senkronize aydınlatmak için sürekli bir lazer kullanmanız gerekir çünkü, ortalama gücü nispeten düşük, ve anti-girişim yeteneği çok güçlü olacaktır. Bu değişen yöntem genellikle kapalı kapalı yakın çekim çalışmaları için uygundur, ancak açık parlama arka plan veya kapalı parlama arka plan altında Çalışma için uygun değildir.
Nirengi mesafe ölçümü robotlar gibi düşük performans gereksinimleri olan sahneler için daha uygundur. Nispeten yüksek maliyet ve teknik zorluk ek olarak, nabız diğer yönleriyle mükemmel bir performansa sahiptir. Tabii ki, onun değişen doğruluk faz değişen biraz daha düşük olacaktır. Ama bu tür bir doğruluk, mevcut teknolojiye göre, temelde santimetre, hatta birkaç milimetre, temelde birçok kez kullanım gereksinimleri karşılayabilir sırayla mesafe ölçüm doğruluğu ulaşabilirsiniz.
Ana yönümüz, çok hatlı radar da dahil olmak üzere tek hatlı radar yapmak için değişen darbeyi kullanmaktır.
A
Tek satırlı lidar nedir
Tek hatlı lidar aslında yüksek frekanslı darbe lazer mesafe bulucu, artı tek boyutlu bir rotasyon tarası. Tek satırlı lidar Özellikleri:
1. İletim ve almak için tek bir yol vardır, yapı nispeten basit ve kullanımı kolay;
2. Yüksek tarama hızı ve yüksek açısal çözünürlük;
3. Düşük hacim, ağırlık ve güç tüketimi;
4. Daha yüksek güvenilirlik;
5. Düşük maliyet;
A
Tek satırlı lidar ne yapabilir?
Otonom sürüş alanında, temelde çok hatlı lidar, tek hatlı lazer görüyoruz
Radar ne yapabilir?
Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, ABD'de DARPA Autopilot Challenge katılmak için ilk araba 2005 Stanford araba Stanly adlı. Bu, o yıl şampiyonluğu kazanan araba. Diğeri de Carnegie Mellon Üniversitesi'nden araba.
O zamanlar temelde tek hatlı lidar kullanıyorlardı. Özellikle Stanford Üniversitesi yarışma araba için, hemen yukarıda yüklü beş lidars vardır, biz çok hatlı lidar yaratıcısı olarak düşünebilirsiniz, ama çok hatlı lidar Fonksiyonu elde etmek için beş tek hatlı lidars kullanır.
Velodyne 2007 yılında 64 hatlı lidar başlattı sonra, birçok kendi kendine sürüş araçlar temelde Velodyne ürünleri kullanılır. Ama bu tek hatlı lidar destekli veya otonom sürüş hiçbir pazar olduğu anlamına mı geliyor? Pek sanmıyorum. Tek satırlı lidar özellikleri olduğundan, örneğin, çok satırlı lidar için yüksek tekrarlama oranı ve yüksek açısal çözünürlük aynı teknik göstergeleri elde etmek zordur. Yaya algılama, engel algılama (küçük hedef algılama) ve ön engel algılama açısından, tek hatlı lazerler çok hatlı lidars üzerinde birçok avantaja sahip, tek hatlı lazer radarlar çok hatlı lidars daha yüksek açısal çözünürlüğe sahip olabilir çünkü. Bu küçük nesneleri veya yayaları algılamada çok yararlıdır. Bu teknoloji akıllı robotlar ve servis robotlar çok yararlıdır, ve bu da sıcak bir alandır.
Birçok kişi bir soru sorabilir, neden bir kamera yerine şerit algılama için lidar kullanın. ADAS algoritması çok olgun değil mi? Neden lidar kullanmalıyım?
Bunun nedeni, kameranın arka plan ışığından veya güçlü ışıktan gelen parazite karşı özellikle hassas olmasıdır. Örneğin, ağaçlarla çevrili bir caddede yürürken, ağaçların gölgesi noktalara düşerse ve beyaz şerit çizgileri ile birleşirse, şerit çizgilerini tanımak çok zordur ve tanıma olasılığı karmaşık ışık veya güçlü ışık koşulları altındadır. Tanıma olasılığı çok, çok düşük ve algoritma çok karmaşık.
Peki, şerit algılama için lidar kullanmanın yararları nelerdir? İlk olarak, kızılötesi bantta görünür ışıktan çok daha düşük radyasyona sahip kızılötesi lazerler kullanıyoruz. İkinci olarak, güçlü arka plan ışığını doğrudan filtrelemek için çok dar bir filtre ekleyeceğiz. Sonra onu tespit etmek için kızılötesi ışık kullanırız. Bu şekilde, şerit çizgisinin çok yüksek kaliteli bir görüntü elde edebilirsiniz, ve görüntünün gri ölçek üzerinden, şerit hattı tespit etmek çok kolaydır. Başka bir deyişle, şerit hattı algılama için lidar kullanarak, performansı kamera daha yüksek olacaktır.
Destekli sürüşte tek hatlı lidar uygulaması yaya tespitidir. Aslında, bu da temelde otomobil çarpışma önleme benzer bir ileri çarpışma önleme uygulamasıdır. Tek hatlı lidar Açısal çözünürlüğü çok hatlı lidar'dan daha yüksek olabileceğinden, yayalar daha uzak bir mesafeden önceden tespit edilebildiği için, kontrol sistemi veya sürücü için daha fazla uyarı süresi bırakılabilir.
