Klasifikacija LiDAR laserskog senzora i metode skeniranja

LiDARLaserski senzor aktivno emitira lasersko svjetlo i može dobiti informacije kao što su udaljenost, orijentacija, brzina i kontura cilja koji upada s visokom preciznošću i visokom rezolucijom. Naširoko se koristi u područjima kao što su urbana sigurnost i industrijska sigurnost. Ovaj članak ukratko predstavlja glavne domaće i strane proizvođače sigurnosnih lidara i tehničke specifikacije njihovih proizvoda. Kombinirajući potrebe različitih sigurnosnih aplikacija, načela, karakteristike i trenutna situacija lidara u različitim tehničkim sustavima razmatraju se s tri aspekta: shema dometa, metoda skeniranja i odabir izvora svjetlosti. Na kraju su sažeti i prospektirani trendovi primjene i izgledi razvoja sigurnosnog lidara. Kako bi zadovoljio potrebe potrošačkih sigurnosnih aplikacija, sigurnosni lidar će se dalje razvijati u smjeru niske cijene, visokih performansi, serijalizacije, minijaturizacije, čvrstog stanja, čipizacije i integracije s više izvora.

Ovisno o tome postoje li unutar sustava pokretne komponente, lidar se može podijeliti na mehanički lidar i lidar u čvrstom stanju. Među njima, metode implementacije poluprovodničkog lidara uključuju mikroelektromehanički sustav (Micro-ElectroMechanical System, MEMS), Flash tehnologiju i OPA tehnologiju.

Prema karakteristikama upravljanja snopom u načinu rada skeniranja, lidar se može podijeliti na skenirajući lidar i lidar koji ne skenira. Među njima, neskenirajući lidar postiže ciljanu sliku pokrivanjem scene svjetlom, kao što je lidar s poljem Flash area. Odgovarajuće metode skeniranja mogu omogućiti sigurnosnom lidaru da dobije veće vidno polje i razlučivost, a pritom cijelu strukturu učiniti stabilnijom. Stoga izbor tehnologije skeniranja uvelike utječe na životni ciklus lidara, što zauzvrat određuje hoće li se sigurnosni lidar pod ovim sustavom moći masovno proizvoditi. Među njima, veliki domet detekcije i veliko vidno polje ključni su pokazatelji sigurnosnog lidara, a oni također određuju izglede za primjenu sigurnosnog lidara u budućnosti.

1. Mehanički LiDAR laserski senzor
Mehanički lidar odnosi se na korištenje mehaničke rotacije za postizanje laserskog skeniranja. Motor pokreće modul za mjerenje udaljenosti u jednoj ili više točaka da se okreće kako bi se postiglo skeniranje područja od 360 stupnjeva ili pod drugim velikim kutom. Princip rada mehaničkog lidara prikazan je na slici 1. Prednosti su jednostavnog principa, lake vožnje i velikog vidnog polja skeniranja. Bio je prvi koji je bio široko korišten i postao je rješenje za skeniranje za glavne sigurnosne lidar proizvode na tržištu. Uzimajući u obzir čimbenike kao što su leće, mehaničke strukture i tiskane ploče, mnogi moduli s rasponom točaka obično se ne mogu optimizirati u smislu veličine i težine. Stoga, kada motor tjera modul da se okreće dulje vrijeme, ležajevi se lako troše. Zbog toga se tradicionalno mehaničko skeniranje kritizira u smislu vijeka trajanja i pouzdanosti, a troškovi uzrokovani trošenjem se povećavaju. To je također vrlo stvaran problem. Stoga je rano sigurnosno tržište uglavnom usvojilo smanjenje dimenzionalnosti i jeftina rješenja, odnosno korištenje laserskog radara niske zrake u kombinaciji s drugim senzorima. Ima kompaktan izgled i veliko vidno polje skeniranja te je prikladan za scenarije kao što su zaštita zgrada i regionalna perimetralna zaštita.

Slika 1 Princip rada tradicionalnog mehaničkog LiDAR-a

Trenutno je najveći izazov s kojim se suočava dizajn LiDAR-a postizanje performansi i robusnosti uz postizanje masovne proizvodnje po razumnoj cijeni. Međutim, mehanički lidar ne može se široko promovirati u području sigurnosti zbog njegovih suvišnih osnovnih elektroničkih komponenti, što otežava smanjenje njegove veličine i cijene. U tu svrhu, osnovne komponente lidara integrirane su u čipove integriranog kruga specifične za primjenu (ASIC) kako bi se smanjila veličina kruga za obradu lidarskog signala i smanjila potrošnja energije i troškovi. Ovo je za realizaciju masovne proizvodnje lidara s više linija. važan trend.

2.MEMS LiDAR laserski senzor
MEMS laserski radar zamjenjuje tradicionalni mehanički rotirajući uređaj s MEMS mikroogledalom integriranim na čip baziran na siliciju. Mikroogledalo reflektira laser za stvaranje šireg kuta skeniranja i većeg raspona skeniranja. Njegovo načelo rada prikazano je na slici 2. MEMS mikro-ogledala su inovatori tradicionalnog mehaničkog lidara i dovest će do minijaturizacije i smanjenja troškova lidara. Metoda skeniranja galvanometrom izbjegava izravnu rotaciju strukture za mjerenje udaljenosti, omogućuje skeniranje lidara u čvrstom stanju i čini lidar kompaktnim.

Slika 2. Shema MEMS-a.（a）Princip rada MEMS LiDAR-a;（b）MEMS ogledalo za skeniranje

Oslanjajući se na prednosti MEMS mikro ogledala, industrija smatra MEMS lidar najbržom tehnologijom koja se može implementirati. Trenutačno se Leishen Intelligent LS20/LS21 serija MEMS lidara u čvrstom stanju koristi u poljima kao što su inteligentna sigurnost i praćenje katastrofa. Međutim, nedostatak MEMS mikroogledala je taj što je njegov kut skeniranja mali, te je potreban dodatni kut za postizanje velikog vidnog polja skeniranja. Osim toga, količina laserskog svjetla koje može projicirati je ograničena, što otežava postizanje "detekcije na velikoj udaljenosti". Općenito, tehnološka rješenja MEMS lidara nisu dovoljno zrela i potrebna su daljnja poboljšanja. Vjeruje se da će s razvojem MEMS mikro-ogledala, izgledi za primjenu MEMS lidara biti širi.

3.Flash LiDAR laserski senzor
Flash lidar je radar koji ne skenira. Emitira svjetlo s nizom područja na metu, koristi detektor s nizom područja za otkrivanje raspršenja upadnog svjetla na meti i daje sliku s informacijama o dubini. Njegov princip rada prikazan je na slici 3. Iako je Flash lidar jeftin i ima dobru stabilnost, njegov raspon detekcije je relativno kratak, tako da su scenariji njegove primjene ograničeni. U području sigurnosti, Flash laserski radar je naširoko korišten. Korištenjem 3D Flash lidara za otkrivanje, segmentaciju i praćenje ciljeva, rezultati pokazuju da je Flash lidar prikladan za nadzor perimetra i sigurnosna polja na licu mjesta. Međutim, u područjima kao što su praćenje okoliša, promatranje objekata i prevencija opasnosti, otkrivanje objekata ili ljudi u stvarnom vremenu bit će ograničeno karakteristikama skeniranja, što će rezultirati iskrivljenjem podataka. Korištenjem senzorskog sustava izgrađenog s 3D Flash lidarom, vrlo varijabilni pokretni objekti mogu se pratiti u stvarnom vremenu i s velikom preciznošću na srednjim do velikim udaljenostima. Eksperimentalni proces i rezultati prikazani su na slici 4. Osim toga, s razvojem malih komponenti, trošak detektora s nizom područja se smanjuje, a Flash lidar je lako minijaturizirati, a njegova će primjena u području sigurnosti biti sve veća.

Slika 3 Princip rada Flash LiDAR-a

Slika 4 Scenarij rada i eksperimentalni rezultati Flash LiDAR-a. （a）Eksperimentalna postavka s praćenjem u stvarnom vremenu na računalu i Flash LiDAR-u na pan-tilt glavi;（b）oblak točaka scenarija;（c）prikaz intenziteta scenarija s osobom označenom u sredini;（d）prikaz raspona scenarija s osobom označeno središte

4.OPA LiDAR laserski senzor
Kao nova vrsta tehnologije kontrole usmjeravanja snopa, OPA tehnologija skeniranja postala je žarište istraživanja posljednjih godina. Ima prednosti bez inercijskih uređaja, stabilnu točnost i smjer koji se može kontrolirati. Njegov princip rada prikazan je na slici 5. Nekoliko odašiljačkih jedinica čine odašiljački niz. Izlazni kut laserske zrake mijenja se podešavanjem fazne razlike svake odašiljačke jedinice u odašiljačkom nizu, čime se postižu međusobno pojačane smetnje u postavljenom smjeru, čime se priprema usmjeravajuća zraka visokog intenziteta. S3, "prvi lidar senzor u čvrstom stanju na svijetu." S3 koristi OPA metodu skeniranja i veličine je samo dlana. Proizvod i njegov princip prikazani su na slici 6. Proizvodi serije S3 korišteni su u područjima kao što su nadzor upada i kontrola pristupa.

Slika 5 Princip rada OPA

Slika 6. Princip rada Quanergy S3 LiDAR-a

Tehnologija optičkog faznog niza s visokom integracijom može zadovoljiti razvojne potrebe potpuno čvrstog stanja i minijaturizacije sigurnosnog lidara. Međutim, trenutno postoje dva glavna čimbenika koji ograničavaju masovnu proizvodnju OPA sigurnosnog lidara: prvo, bočni snopovi se lako formiraju tijekom stvarnog skeniranja, što će utjecati na raspon i kutnu rezoluciju zrake; drugo, velika je težina obrade. Stoga je OPA sigurnosna lidar tehnologija još uvijek nezrela i teško je postići proizvodnju u ovoj fazi.

Kontakt podaci:

Ako imate bilo kakvih ideja, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje su naši kupci i kakvi su naši zahtjevi, slijedit ćemo naš cilj da svojim kupcima pružimo visoku kvalitetu, niske cijene i najbolju uslugu.