Cea mai veche definiție a lidarului este LIDAR, engleza este Light DeteaTIon și Ranging, chineză însemnând GG; detectarea luminii și variația GG;
De fapt, o definiție mai exactă este LADAR: LAser DetecTIon și Ranging, adică quot GG; detectarea laserului și" Aceasta este o definiție propusă în 2004, care este mai în concordanță cu conceptul de lidar.
Lidar este de fapt un fel de radar care funcționează în banda optică (banda specială), iar avantajele sale sunt foarte evidente:
1. Rezoluție extrem de mare: Lidar funcționează în banda optică, iar frecvența este de 2 până la 3 ordine de mărime mai mare decât cuptorul cu microunde. Prin urmare, în comparație cu radarul cu microunde, lidarul are rezoluție extrem de ridicată, rezoluție unghiulară și rezoluție de viteză
2. Abilitate puternică anti-interferență: lungimea de undă a laserului este scurtă, poate emite un fascicul laser cu un unghi de divergență foarte mic (de ordinul μrad), efectul multi-cale este mic (nu va forma emisii direcționale și va genera efecte multi-cale cu microunde sau undă milimetrică), detectabile ținte de altitudine joasă / ultra joasă;
3. Cantitatea de informații obținute este bogată: distanța, unghiul, intensitatea reflecției, viteza și alte informații ale țintei pot fi obținute direct pentru a genera imaginea multidimensională a țintei;
4. Poate funcționa toată ziua: detectarea activă cu laser, nu depinde de condițiile de iluminare exterioară sau de caracteristicile radiației ale țintei în sine. Are nevoie să emită propriul fascicul laser și să obțină informații țintă detectând semnalul ecou al fasciculului laser emis.
Dar cel mai mare dezavantaj al lidarului este că este ușor afectat de condițiile atmosferice și de fum din mediul de lucru. Este foarte dificil să se realizeze un mediu de lucru pentru toate vremile.
Clasificarea Lidar
Dacă clasificarea lidarului este împărțită în sisteme, există în principal lidar de detecție directă și lidar de detectare coerentă. De fapt, ceea ce am menționat în prezent, inclusiv conducerea automată, roboții și lidarul folosit pentru supraveghere și cartografiere, aparțin practic acestui tip de lidar de detecție directă. Unele radare speciale, cum ar fi măsurarea vântului și măsurarea vitezei, folosesc în general un sistem coerent. Dacă clasificarea lidarului este împărțită în sisteme, există în principal lidar de detecție directă și lidar de detectare coerentă. De fapt, ceea ce am menționat în prezent, inclusiv conducerea automată, roboții și lidarul folosit pentru supraveghere și cartografiere, aparțin practic acestui tip de lidar de detecție directă. Unele radare speciale, cum ar fi măsurarea vântului și măsurarea vitezei, folosesc în general un sistem coerent.
Conform clasificării aplicației, putem împărți mai multe, cum ar fi: telemetru cu laser, radar cu imagini tridimensionale cu laser, radar pentru măsurarea vitezei cu laser, radar cu detectare atmosferică cu laser etc.
Indiferent dacă este vorba despre lidar cu o singură linie, lidar cu mai multe linii sau lidar de supraveghere, îl putem împărți practic în categoria radarului imagistic tridimensional cu laser.
Un radar cu imagini tridimensionale cu laser, de fapt, trebuie să obțină două informații de bază: informații despre distanța țintă și informații despre unghiul țintă.
Dacă determinăm standardul său de ședință tridimensional, trebuie să obținem informațiile sale despre distanță, azimut și unghi. Apoi calculăm punctul de coordonate tridimensionale al țintei pe baza celor trei informații despre distanță, unghiul de azimut și unghiul de pas.
În general, tehnica obținerii informațiilor despre unghi prin măsurarea codificatorului este foarte matură. Suntem mai preocupați de cum se obține informațiile la distanță ale lidarului.
Radarul cu imagini tridimensionale cu laser poate obține datele tridimensionale de cloud puncte ale țintei prin tehnologia de măsurare directă și unghi directă, iar datele obținute sunt în sine date tridimensionale. Nu necesită o cantitate mare de calcul și procesare pentru a genera imaginea tridimensională țintă, iar gama laser are o precizie foarte mare.
Prin urmare, radarul cu imagini tridimensionale laser este în prezent cel mai eficient senzor care poate obține imagini dintr-o gamă largă de scene tridimensionale și este, de asemenea, senzorul care poate obține în prezent cea mai mare precizie a scenelor tridimensionale.
A
Metoda de gamă laser
În prezent, metodele de măsurare a distanței pe care le vedem de obicei pot fi împărțite în categorii largi: metoda timpului de zbor cu laser (TIme of Fly, TOF) și metoda de triangulare.
Metoda timpului de zbor cu laser poate fi împărțită în două categorii, una este modularea pulsului (tehnologie cu pulsuri), iar cealaltă este modularea în fază a modulării laser a intensității undei continue, care măsoară informațiile de distanță prin diferența de fază.
Telemetrele pe care le putem vedea pe piață, sau lidarsele cu o singură linie și cu mai multe linii, folosesc practic aceste trei tipuri de metode de variație.
A
Tehnologie cu impulsuri laser
Principiul tehnologiei cu impulsuri laser este foarte simplu: obțineți informația la distanță a țintei prin măsurarea timpului de zbor al impulsului laser între radar și țintă. Aici se folosește un reper, care este viteza luminii. Toate măsurătorile trebuie să aibă o bază de date. Pentru un laser, există două baze de date: viteza și frecvența (cele mai precise două baze de date), deoarece baza de date utilizată pentru TOF este viteza de zbor a laserului.
Printre cele trei metode variate menționate mai sus, cred că cea mai dificilă problemă tehnică este metoda de pulsare. Dar avantajele pe care le aduce sunt evidente: viteza de măsurare este foarte rapidă. Deoarece măsurarea este efectuată de un laser cu o valoare maximă ridicată, capacitatea sa de anti-blocaj este foarte puternică.
Dezavantajul este că este dificilă îmbunătățirea rezoluției și intervalul de detectare este dificil. De exemplu, dacă dorim să obținem o rezoluție de 1,5 milimetri pentru intervalul de faze, trebuie să obținem o rezoluție de ceas de timp de 10 picosecunde, ceea ce este echivalent cu lățimea de bandă 100G. Aceasta este o tehnică foarte dificilă.
A
Interval cu faza laser
Intervalul de faze laser, cum ar fi un identificator comun de portofel cu laser, folosește gama de faze. Obține în principal informații despre distanță prin măsurarea diferenței de fază generate de semnalul laser cu undă continuă modulată cu intensitate care zboară înainte și înapoi între radar și țintă.
Cel mai mare avantaj al acestei tehnologii: rezoluția de gamă este foarte mare. În prezent, identificatorul de faze de pe piața generală poate atinge o rezoluție la nivel milimetric.
Dezavantajul este că viteza de măsurare este mai mică decât variația pulsului. La urma urmei, trebuie să calibrăm o diferență de fază cel puțin zeci sau chiar sute de cicluri. De fapt, echivalează cu prelungirea timpului său de măsurare în fază, apoi viteza de măsurare relativ relativ scăzută. În plus, precizia de măsurare este relativ susceptibilă mișcării formei vizate. Dacă în punctul luminos măsurat, cele două ținte sunt în tandem, informațiile specifice pe care le-a măsurat efectiv sunt o medie a distanței dintre cele două ținte, nu informațiile anterioare ale țintei sau următoarele informații vizate.
Dar în impulsuri, este ușor să separați astfel de informații. De exemplu, pentru un impuls cu laser, dacă putem realiza o lățime a impulsului de 10 nanosecunde, atunci putem distinge o țintă care este de 30 de centimetri de la față la spate prin ecouri multiple.
Este dificil să distingi această metodă în intervalul de faze. Deoarece în procesul de măsurare, timpul său va fi mai lung, iar informațiile despre distanță aduse de mișcarea țintă sunt introduse în valoarea măsurată. De fapt, măsoară o informație la distanță medie, nu o informație în timp real. Dar pulsul laser este de fapt informații în timp real despre poziția curentă.
Acesta este motivul pentru care lidar pentru vehicule sau roboți folosește adesea tehnologie cu impulsuri laser în loc de tehnologie cu fază.
A
Triangulaţie
Măsurarea distanței triunghiulare este obținerea informațiilor de distanță prin măsurarea poziției imagistice a punctului de iradiere cu laser din cameră. Cel mai mare avantaj al metodei de triangulare este că dificultatea tehnică este scăzută, costul este, de asemenea, foarte scăzut, iar precizia de a varia la raza apropiată este, de asemenea, foarte mare. De exemplu, utilizarea industrială poate atinge o precizie de 100 microni.
Dezavantajul este însă că precizia acesteia se va deteriora treptat odată cu creșterea distanței și, practic, nu poate fi comparată cu distanța de impulsuri și intervalul de faze.
Un alt punct, deoarece camera CMOS trebuie să utilizeze un laser continuu pentru a ilumina sincron, puterea medie este relativ mică, iar capacitatea sa de anti-interferență va fi foarte puternică. Această metodă de variație este, în general, potrivită pentru lucrări de aproape în interior, dar nu este potrivită pentru Lucrări sub fundal cu strălucire exterioară sau fundal cu luciu interior.
Măsurarea distanței de triunghiulare este mai potrivită pentru scene cu cerințe de performanță scăzută, cum ar fi roboți. Pe lângă costul relativ ridicat și dificultățile tehnice, pulsul are performanțe excelente în alte aspecte. Desigur, precizia sa va fi ușor mai mică decât cea a intervalului de faze. Dar acest tip de precizie, conform tehnologiei actuale, putem ajunge practic la precizia de măsurare a distanței în ordinea centimetrilor, sau chiar câțiva milimetri, ceea ce poate îndeplini practic cerințele utilizării noastre în multe ocazii.
Direcția noastră principală este de a folosi pulsuri pentru a face radar cu o singură linie, inclusiv radar cu mai multe linii.
A
Ce este lidar cu o singură linie
Lidarul cu o singură linie este de fapt un telemetru cu frecvență înaltă cu impulsuri, plus o scanare de rotație unidimensională. Caracteristici ale unui singur liniar:
1. Există un singur mod de a transmite și un singur mod de a primi, structura este relativ simplă și ușor de utilizat;
2. Viteză mare de scanare și rezoluție unghiulară ridicată;
3. Volum redus, greutate și consum de energie;
4. fiabilitate mai mare;
5. Cost redus;
A
Ce poate face lidarul cu o singură linie?
În domeniul conducerii autonome, practic vedem un liniar multi-liniar, un singur laser
Ce poate face radarul?
Așa cum se arată în figura de mai sus, prima mașină care a participat la DARPA Autopilot Challenge din Statele Unite este mașina din 2005, pe nume Stanly. Aceasta este mașina care a câștigat campionatul în acel an. Cealaltă este mașina de la Universitatea Carnegie Mellon.
La acea vreme foloseau practic lidar cu o singură linie. În special pentru autoturismul de competiție de la Universitatea Stanford, sunt instalate cinci lidere chiar mai sus, ne putem gândi la el ca la inițiatorul lidarului multiliniu, dar folosește cinci litere cu o singură linie pentru a realiza funcția lidară cu mai multe linii.
După ce Velodyne a lansat lidar cu 64 de linii în 2007, multe vehicule cu autovehicule au folosit practic produsele Velodyne. Dar asta înseamnă că lidarul cu o singură linie nu are piață în conducerea asistată sau autonomă? Nu mă gândesc. Deoarece lidarul cu o singură linie are caracteristicile sale, de exemplu, este dificil pentru lidarul cu mai multe linii să obțină aceiași indicatori tehnici la o rată mare de repetare și o rezoluție unghiulară ridicată. În ceea ce privește detectarea pietonilor, detectarea obstacolelor (detectarea țintei mici) și detectarea obstacolelor din față, laserele cu o singură linie au multe avantaje față de lidarsele multilinie, deoarece radarele cu o singură linie laser pot avea o rezoluție unghiulară mai mare decât lidarsele cu mai multe linii. Acest lucru este foarte util în detectarea unor obiecte mici sau pietoni. Această tehnologie este foarte utilă în roboți inteligenți și roboți de servicii, iar acesta este, de asemenea, un câmp cald.
Mulți oameni pot pune o întrebare, de ce să folosească lidar pentru detectarea benzii în loc de o cameră foto. Nu este' algoritmul ADAS este foarte matur? De ce trebuie să folosesc lidar?
Acest lucru se datorează faptului că camera este în special susceptibilă la interferențe de la lumina de fundal sau lumina puternică. De exemplu, atunci când mergem pe un bulevard aliniat, dacă umbra copacilor cade în pete și apoi se combină cu liniile de benzi albe, este foarte dificil să recunoaștem liniile de bandă, iar probabilitatea de recunoaștere este sub iluminare complexă sau condiții puternice de lumină. Probabilitatea sa de recunoaștere este foarte, foarte mică, iar algoritmul este foarte complicat.
Deci, care sunt avantajele utilizării lidarului pentru detectarea benzii? În primul rând, folosim lasere cu infraroșu, care au o radiație mult mai mică în banda infraroșu decât lumina vizibilă. În al doilea rând, vom adăuga un filtru foarte îngust pentru a filtra lumina puternică de fundal direct. Apoi folosim lumina infraroșie pentru a o detecta. În acest fel, putem obține o imagine de foarte bună calitate a liniei benzii, iar prin scala de gri a imaginii, este foarte ușor să detectăm linia benzii. Cu alte cuvinte, folosind lidar pentru detectarea liniei de bandă, performanțele sale vor fi mai mari decât camera foto.
Aplicarea lidarului cu o singură linie în conducerea asistată este detectarea pietonilor. De fapt, aceasta este, de asemenea, o cerere de prevenire a coliziunilor, care este practic similară cu prevenirea coliziunilor auto. Deoarece rezoluția unghiulară a lidarului cu o singură linie poate fi mai mare decât cea a liniarului multiliniu, pietonii pot fi detectați în avans la o distanță mai mare, lăsând mai mult timp de avertizare pentru sistemul de control sau pentru șofer.
