Varhaisin määritelmä lidarille on LIDAR, englanniksi on Light DeteaTIon and Ranging, kiina tarkoittaa" valon havaitseminen ja vaihteleva" ;.
Itse asiassa tarkempi määritelmä on LADAR: LAser DetecTIon and Ranging, toisin sanoen" laserhavaitseminen ja" ;. Tämä on vuonna 2004 ehdotettu määritelmä, joka vastaa paremmin lidarin käsitettä.
Lidar on oikeastaan eräänlainen tutka, joka toimii optisella kaistalla (erikoiskaista), ja sen edut ovat erittäin ilmeiset:
1. Erittäin korkea resoluutio: Lidar toimii optisella kaistalla ja taajuus on 2–3 kertaluokkaa korkeampi kuin mikroaaltouunilla. Siksi verrattuna mikroaaltotutkaan, lidarilla on erittäin korkea etäisyysresoluutio, kulmaresoluutio ja nopeustarkkuus
2. Vahva häiriöiden vastainen kyky: laserin aallonpituus on lyhyt, se voi lähettää lasersäteen erittäin pienellä hajontakulmalla (μrad: n luokkaa), monitievaikutus on pieni (ei muodosta suunnattua säteilyä ja tuottaa monireittiefektit mikroaaltouunilla tai millimetriaaltoilla), havaittavissa Matalakorkeus / erittäin matalakorkeuskohteet;
3. Saatu informaation määrä on rikas: kohteen etäisyys, kulma, heijastusvoimakkuus, nopeus ja muut tiedot voidaan saada suoraan kohteen moniulotteisen kuvan muodostamiseksi;
4. Voi toimia koko päivän: laser-aktiivinen ilmaisu, ei riipu ulkoisista valaistusolosuhteista tai itse kohteen säteilyominaisuuksista. Sen tarvitsee vain lähettää oma lasersäde ja hankkia kohdeinformaatio havaitsemalla emittoidun lasersäteen kaikusignaali.
Mutta lidarin suurin haitta on, että ilmakehän olosuhteet ja työympäristön savut vaikuttavat siihen helposti. Kaikesta säästä vastaava työympäristö on erittäin vaikea saavuttaa.
Lidarin luokitus
Jos lidar-luokittelu on jaettu järjestelmiin, on pääasiassa suoran havaitsemisen lidaria ja koherenttia havaitsemislidaria. Itse asiassa se, mitä olemme maininneet tällä hetkellä, mukaan lukien automaattinen ajo, robotit ja tutkaukseen ja kartoittamiseen käytettävät liidit, kuuluvat periaatteessa tämäntyyppiseen suoran havaitsemisen liidimiin. Jotkut erikoistutkat, kuten tuulenmittaus ja nopeudenmittaus, käyttävät yleensä johdonmukaista järjestelmää. Jos lidar-luokittelu on jaettu järjestelmiin, on pääasiassa suoran havaitsemisen lidaria ja koherenttia havaitsemislidaria. Itse asiassa se, mitä olemme maininneet tällä hetkellä, mukaan lukien automaattinen ajo, robotit ja tutkaukseen ja kartoittamiseen käytettävät liidit, kuuluvat periaatteessa tämäntyyppiseen suoran havaitsemisen liidimiin. Jotkut erikoistutkat, kuten tuulenmittaus ja nopeudenmittaus, käyttävät yleensä johdonmukaista järjestelmää.
Sovellusluokituksen mukaan voimme jakaa enemmän, kuten: laseretäisyysmittari, kolmiulotteinen lasertutka, lasernopeuden mittaustutka, ilmakehän lasertunnistustutka ja niin edelleen.
Olipa kyse yksirivisestä, monirivisestä tai mittaustieteellisestä, voimme periaatteessa jakaa sen kolmiulotteisten lasertutkien luokkaan.
Kolmiulotteinen lasertutkaradari, tosiasiassa, sen on saatava kaksi ydintietoa: kohteen etäisyysinformaatio ja kohdekulmainformaatio.
Jos määritetään sen kolmiulotteinen istuinstandardi, meidän on saatava sen etäisyys, suunta ja kulmakulmatiedot. Sitten lasketaan kohteen kolmiulotteinen koordinaattipiste kolmen tiedon perusteella etäisyydestä, suuntakulmasta ja nousukulmasta.
Yleisesti ottaen tekniikka kulmainformaation hankkimiseksi mittaamalla kooderi on hyvin kypsä. Olemme enemmän huolestuneita siitä, miten saada etämatkatiedot lidarista.
Lasi-kolmiulotteinen kuvantaatutka voi saada kohteen kolmiulotteisen pistepilvetiedon suoran etäisyyden ja suoran kulman mittaustekniikan avulla, ja saatu data on itsessään kolmiulotteinen data. Se ei vaadi suurta määrää laskentaa ja käsittelyä tavoitteellisen kolmiulotteisen kuvan luomiseksi, ja lasersäteily on erittäin korkea tarkkuus.
Siksi kolmiulotteinen lasertutka on tällä hetkellä tehokkain anturi, joka voi saada kuvia suuresta kolmiulotteisten kohtausten valikoimasta, ja se on myös anturi, jolla tällä hetkellä voidaan saada korkein tarkkuus kolmiulotteisista kohtauksista.
A
Lasermittausmenetelmä
Tällä hetkellä etäisyydenmittausmenetelmät, joita yleensä näemme, voidaan jakaa laajoihin luokkiin: laser-aika-lento (TIme of Fly, TOF) -menetelmä ja kolmiomittausmenetelmä.
Laserin lento-aikamenetelmä voidaan jakaa kahteen luokkaan, toinen on pulssimodulaatio (pulssin vaihteluvälitekniikka), ja toinen on jatkuvan laserin aaltovoimakkuuden modulaation vaihemodulaatio, joka mittaa etäisyysinformaation vaihe-eron kautta.
Markkinamittarit, joita voimme nähdä markkinoilla, tai yksiriviset ja moniriviset liidit, käyttävät periaatteessa näitä kolmea erilaista menetelmää.
A
Laserpulssivalikoima
Laserpulssin mittaustekniikan periaate on hyvin yksinkertainen: hanki kohteen etäisyystiedot mittaamalla laserpulssin lennon aika tutkan ja kohteen välillä. Tässä käytetään vertailuarvoa, joka on valon nopeus. Kaikilla mittauksilla on oltava nollapiste. Laserilla on kaksi nollapistettä: nopeus ja taajuus (kaksi tarkinta nollapistettä), koska TOF: lle käytetty nollapiste on laserin lennonopeus.
Edellä mainituista kolmesta mittausmenetelmästä mielestäni vaikein tekninen ongelma on pulssimuotoinen menetelmä. Mutta sen tuomat edut ovat ilmeiset: mittausnopeus on erittäin nopea. Koska mittaus suoritetaan laserilla, jolla on korkea piikin arvo, sen estokyky on erittäin vahva.
Haittana on, että etäisyyden tarkkuutta on vaikea parantaa ja ilmaisupiiri on vaikea. Esimerkiksi, jos haluamme saavuttaa 1,5 millimetrin tarkkuuden vaihevälille, meidän on saavutettava 10 pikosekunnin ajoituskelloresoluutio, joka vastaa 100G: n kaistanleveyttä. Tämä on erittäin vaikea tekniikka.
A
Laservaihe vaihtelee
Laservaihevälitys, kuten yleinen kannettava laseretäisyysmittari, käyttää vaihevälitystä. Se saa pääasiassa etäisyysinformaatiota mittaamalla vaihe-eron, joka syntyy intensiteettimoduloidulla jatkuvan aallon lasersignaalilla, joka lentää edestakaisin tutkan ja kohteen välillä.
Tämän tekniikan suurin etu: kantaman resoluutio on erittäin korkea. Tällä hetkellä yleisillä markkinoilla olevalla vaihealueiden etsimellä voidaan saavuttaa millimetritasoinen resoluutio.
Haittana on, että mittausnopeus on hitaampi kuin pulssin vaihteluväli. Loppujen lopuksi meidän on kalibroitava vaihe-ero vähintään kymmenien tai jopa satojen jaksojen välillä. Itse asiassa se vastaa mittausajan pidentämistä vaiheessa, sitten mittausnopeutta suhteellisen alhaisena. Lisäksi sen mittaustarkkuus on suhteellisen herkkä kohteen muodon liikkeelle. Jos mitatussa valopisteessä kaksi tavoitetta ovat samanaikaisesti, sen tosiasiallisesti mittama spesifinen tieto on kahden kohteen välisen etäisyyden keskiarvo, ei edellinen kohdetieto tai seuraava kohdeinformaatio.
Mutta pulssivaihteluissa tällainen tieto on helppo erottaa. Esimerkiksi laserpulssilla, jos voimme saavuttaa 10 nanosekunnin pulssin leveyden, voimme erottaa kohteen, joka on 30 senttimetriä edestä taakse useita kaikuja.
Tätä menetelmää on vaikea erottaa vaiheittain. Koska mittausprosessissa sen aika on pidempi ja kohdeliikkeen tuomat etäisyysinformaatio lisätään mitattuun arvoon. Itse asiassa se mittaa keskimääräistä etäisyystietoa, ei reaaliaikaista tietoa. Laserpulssin vaihtelu on tosiasiallisesti reaaliaikaista tietoa nykyisestä sijainnista.
Tästä syystä ajoneuvojen tai robottien lidar käyttää usein vaiheensuuntaisen tekniikan sijasta laserpulssisuuntaustekniikkaa.
A
triangulaatiota
Triangulaatioetäisyyden mittauksella tarkoitetaan etäisyystietojen saamista mittaamalla kameran lasersäteilypisteen kuvausasento. Triangulaatiomenetelmän suurin etu on, että tekniset vaikeudet ovat alhaiset, kustannukset ovat myös erittäin alhaiset ja myös lähellä olevan alueen mittauksen tarkkuus on erittäin korkea. Esimerkiksi teollisessa käytössä voidaan saavuttaa 100 mikronin tarkkuus.
Mutta haittana on, että sen tarkkuus huononee vähitellen etäisyyden kasvaessa, eikä sitä periaatteessa voida verrata pulssialueeseen ja vaiheväliin.
Toinen kohta, koska CMOS-kameran on käytettävä jatkuvaa laseria valaisemaan synkronisesti, sen keskimääräinen teho on suhteellisen pieni ja häiriöidenvastainen kyky on erittäin vahva. Tämä mittausmenetelmä soveltuu yleensä sisätilojen lähitöihin, mutta ei sovellu työskentelyyn ulkoseinän tai sisätilojen heijastuksen taustalla.
Triangulaatioetäisyyden mittaus on sopivampi kohtauksiin, joissa suorituskyky on heikko, kuten robotit. Suhteellisen korkeiden kustannusten ja teknisten vaikeuksien lisäksi pulssinvalmistuksella on erinomainen suorituskyky myös muilla näkökohdilla. Tietenkin sen mittaustarkkuus on hiukan alhaisempi kuin vaihealueen. Mutta tällainen tarkkuus nykyisen tekniikan mukaan pystyy periaatteessa saavuttamaan etäisyyden mittaustarkkuuden senttimereissä tai jopa muutamissa millimetreissä, mikä voi periaatteessa täyttää käytön vaatimukset monissa tapauksissa.
Tärkein suunta on käyttää pulssitaajuutta yhden linjan tutkan, myös monilinjaisen tutkan, tekemiseen.
A
Mikä on yksirivinen lidar
Yksirivinen liidinlaite on oikeastaan korkeataajuinen pulssilaserin etäisyysmittari, plus yksiulotteinen kiertohaku. Yksirivisen Lidarin ominaisuudet:
1. On vain yksi tapa lähettää ja yksi tapa vastaanottaa, rakenne on suhteellisen yksinkertainen ja helppo käyttää;
2. Suuri skannausnopeus ja korkea kulmaresoluutio;
3. pieni tilavuus, paino ja virrankulutus;
4. Suurempi luotettavuus;
5. alhaiset kustannukset;
A
Mitä yksirivinen lidari voi tehdä?
Autonomisen ajon alalla näemme periaatteessa monilinjaisen lidarin, yksilinjaisen laserin
Mitä tutka voi tehdä?
Kuten yllä olevasta kuvasta näkyy, ensimmäinen auto, joka osallistuu DARPA Autopilot Challenge -kilpailuun Yhdysvalloissa, on vuoden 2005 Stanford-auto, jonka nimi on Stanly. Tämä auto voitti mestaruuden sinä vuonna. Toinen on Carnegie Mellon Universityn auto.
Tuolloin he käyttivät periaatteessa yksirivistä lidaria. Varsinkin Stanford University -kisa-autoon on asennettu viisi liidiaaria juuri yläpuolelle. Voimme ajatella sitä monirivisen lidarin aloittajana, mutta se käyttää viittä yksirivistä liideria monirivisen lidar-toiminnon saavuttamiseen.
Kun Velodyne toi markkinoille 64-linjaisen lidarin vuonna 2007, monet itsesäätävät ajoneuvot käyttivät pohjimmiltaan Velodyne-tuotteita. Mutta tarkoittaako tämä, että yksirivisellä liidulla ei ole avustetun tai autonomisen ajamisen markkinoita? En usko' usko niin. Koska esimerkiksi yksirivisellä lidarilla on ominaispiirteensä, monirivisellä lidarilla on vaikea saavuttaa samat tekniset indikaattorit suurella toistotiheydellä ja korkealla kulmaresoluutiolla. Jalankulkijoiden havainnoinnissa, esteiden havaitsemisessa (pienen kohteen havaitseminen) ja edessä olevien esteiden havainnoinnissa yksilinjallisilla lasereilla on monia etuja monilinjaisiin leidereihin nähden, koska yksirivisillä lasertutkareilla voi olla korkeampi kulmatarkkuus kuin monirivisillä leidereilla. Tämä on erittäin hyödyllinen pienten esineiden tai jalankulkijoiden havaitsemisessa. Tämä tekniikka on erittäin hyödyllinen älykkäissä roboteissa ja huoltoroboteissa, ja tämä on myös kuuma kenttä.
Monet ihmiset voivat kysyä, miksi kaistaa havaittaessa käytetään lidaria kameran sijasta. Eikö' ADAS-algoritmi ole hyvin kypsä? Miksi minun on käytettävä lidaria?
Tämä johtuu siitä, että kamera on erityisen herkkä taustavalon tai voimakkaan valon aiheuttamille häiriöille. Esimerkiksi, kun kävelemme puiden reunustamalla kadulla, jos puiden varjo putoaa paikkoihin ja yhdistyy sitten valkoisten kaistaviivojen kanssa, kaistaratoja on hyvin vaikea tunnistaa, ja tunnistustodennäköisyys on monimutkaisessa valaistuksessa tai voimakkaat valaistusolosuhteet. Sen tunnistustodennäköisyys on hyvin, hyvin pieni ja algoritmi on hyvin monimutkainen.
Joten, mitä etuja on lidarin käytöstä kaistatunnistukseen? Ensinnäkin, käytämme infrapunalasereita, joiden infrapunakaistalla on paljon vähemmän säteilyä kuin näkyvällä valolla. Toiseksi lisäämme erittäin kapean suodattimen voimakkaan taustavalon suodattamiseksi suoraan. Sitten käytämme infrapunavaloa sen havaitsemiseen. Tällä tavoin voimme saada erittäin korkealaatuisen kuvan kaistalinjasta, ja kuvan harmaasävyjen avulla on erittäin helppo havaita kaistaviiva. Toisin sanoen, kun käytetään lidaria kaistalinjan havaitsemiseen, sen suorituskyky on parempi kuin kameran.
Yhden linjan lidarin käyttö autetussa ajossa on jalankulkijoiden havaitseminen. Itse asiassa tämä on myös eteenpäin tapahtuva törmäysten ehkäisysovellus, joka on pohjimmiltaan samanlainen kuin autojen törmäysten ehkäisy. Koska yksirivisen liidin kulmaresoluutio voi olla suurempi kuin monirivisen liidin, erottuu jalankulkijat etukäteen suuremmasta etäisyydestä, jolloin ohjausjärjestelmälle tai kuljettajalle jää enemmän varoitusaikaa.
