Den tidigaste definitionen av lidar är LIDAR, engelska är Light DeteaTIon och Ranging, kinesiska betyder "ljusdetektering och räckvidd".
I själva verket är en mer exakt definition LADAR: LAser DetecTIon och Ranging, det vill än "laserdetektering och räckvidd". Detta är en definition som föreslogs 2004 och som ligger mer i linje med begreppet lidar.
Lidar är faktiskt ett slags radar som arbetar i det optiska bandet (specialband), och dess fördelar är mycket uppenbara:
1. Extremt hög upplösning: Lidar fungerar i det optiska bandet, och frekvensen är 2 till 3 storleksordningar högre än mikrovågsugn. Därför, jämfört med mikrovågsradar, lidar har extremt hög räckviddsupplösning, vinkelupplösning och hastighetsupplösning
2. Stark anti-interferens förmåga: laservåglängden är kort, det kan avge en laserstråle med en mycket liten divergens vinkel (på ordningen av μrad), multi-path effekten är liten (kommer inte att bilda riktningsutsläpp, och generera multi-path effekter med mikrovågsugn eller millimeter våg), detekterbara låg höjd / ultra låg höjd mål;
3. Mängden information som erhålls är rik: målets avstånd, vinkel, reflektionsintensitet, hastighet och annan information kan erhållas direkt för att generera målets flerdimensionella bild.
4. Kan arbeta hela dagen: laser aktiv detektering, beror inte på yttre ljusförhållanden eller strålningsegenskaper av själva målet. Den behöver bara avge sin egen laserstråle och få målinformation genom att upptäcka ekosignalen från den avgivna laserstrålen.
Men den största nackdelen med lidar är att det lätt påverkas av atmosfäriska förhållanden och rök från arbetsmiljön. Det är mycket svårt att uppnå en arbetsmiljö för alla väder.
Lidar klassificering
Om klassificeringen av lidar är uppdelad i system, finns det främst direkt detektion lidar och sammanhängande detektion lidar. I själva verket, vad vi har nämnt för närvarande, inklusive automatisk körning, robotar och lidar som används för kartläggning och kartläggning, i princip tillhör denna typ av direkt detektion lidar. Vissa speciella radar, såsom vindmätning och hastighetsmätning, använder i allmänhet ett sammanhängande system. Om klassificeringen av lidar är uppdelad i system, finns det främst direkt detektion lidar och sammanhängande detektion lidar. I själva verket, vad vi har nämnt för närvarande, inklusive automatisk körning, robotar och lidar som används för kartläggning och kartläggning, i princip tillhör denna typ av direkt detektion lidar. Vissa speciella radar, såsom vindmätning och hastighetsmätning, använder i allmänhet ett sammanhängande system.
Enligt applikationsklassificeringen kan vi dela upp mer, till exempel: laseravståndare, laser tredimensionell bildradar, laserhastighetsmätningsradar, laser atmosfärisk detekteringsradar och så vidare.
Oavsett om det är enradiga lidar, multi-line lidar eller lantmäteri lidar, kan vi i princip dela upp den i kategorin laser tredimensionella imaging radar.
En laser tredimensionell bildradar, i själva verket måste den få två kärninformation: mål avstånd information och målvinkel information.
Om vi bestämmer dess tredimensionella sittande standard, måste vi få dess avstånd, azimut och pitch vinkel information. Sedan beräknar vi den tredimensionella koordinatpunkten för målet baserat på de tre uppgifterna om avstånd, azimutvinkel och tonhöjdsvinkel.
Generellt sett är tekniken att erhålla vinkelinformation genom att mäta kodaren mycket mogen. Vi är mer oroade över hur man får avståndsinformation om lidar.
Laser tredimensionell bildradar kan få tredimensionella punkt moln data av målet genom direkt räckvidd och direkt vinkel mätteknik, och de erhållna data är själv tredimensionella data. Det kräver inte en stor mängd beräkning och bearbetning för att generera målet tredimensionell bild, och lasern varierar har mycket hög precision.
Därför är laser tredimensionell bildradar för närvarande den mest effektiva sensorn som kan få bilder av ett stort utbud av tredimensionella scener, och är också den sensor som för närvarande kan få den högsta noggrannheten av tredimensionella scener.
A
Laserstavst sätt
För närvarande kan avståndsmätningsmetoderna som vi vanligtvis kan se delas in i breda kategorier: lasertids-of-flight (TIme of Fly, TOF) metod och trianguleringsmetod.
Lasertid-of-flight-metoden kan delas in i två kategorier, en är pulsmodulering (pulsseringsteknik), och den andra är fasmoduleringen av laserns kontinuerliga vågintensitetsmodulering, som mäter avståndsinformationen genom fasskillnaden.
Avståndsmätare vi kan se på marknaden, eller en rad och flera rader lidars, i princip använda dessa tre typer av olika metoder.
A
Laserpuls ranging teknik
Principen om laserpuls sträcker teknik är mycket enkel: få avståndsinformation av målet genom att mäta tiden för flygningen av laserpulsen mellan radarn och målet. Ett riktmärke används här, vilket är ljusets hastighet. Alla mätningar måste ha ett datum. För en laser finns det två datum: hastighet och frekvens (de två mest exakta datums), eftersom det datum som används för TOF är laserns flyghastighet.
Bland de tre olika metoder som nämns ovan, tror jag det svåraste tekniska problemet är pulsen varierar metod. Men fördelarna det medför är uppenbara: mäthastigheten är mycket snabb. Eftersom mätningen utförs av en laser med högt toppvärde är dess anti-störningsförmåga mycket stark.
Nackdelen är att det är svårt att förbättra den intervallmässiga upplösningen och detektionskretsen är svår. Till exempel, om vi vill uppnå en upplösning på 1,5 millimeter för fas sträcker sig, måste vi uppnå en timing klocka upplösning på 10 picoseconds, vilket motsvarar 100G bandbredd. Detta är en mycket svår teknik.
A
Laserfas sträcker sig
Laserfas sträcker sig, såsom vanliga handhållna laser range finder, använder fas sträcker sig. Den erhåller huvudsakligen avståndsinformation genom att mäta den fasskillnad som genereras av den intensitetsmodulerade kontinuerliga våglasersignalen som flyger fram och tillbaka mellan radarn och målet.
Den största fördelen med denna teknik: räckviddsupplösningen är mycket hög. För närvarande kan fassökaren på den allmänna marknaden uppnå millimeternivåupplösning.
Nackdelen är att mäthastigheten är långsammare än pulsen. När allt kommer omkring måste vi kalibrera en fasskillnad åtminstone tiotals eller till och med hundratals cykler. I själva verket är det likvärdigt med att förlänga sin mättid i fas, då dess mäthastighet Relativt låg. Dessutom är mätnoggrannheten relativt känslig för målformrörelser. Om de två målen i den uppmätta ljuspunkten är i tandem, är den specifika information som den faktiskt mätte ett genomsnitt av avståndet mellan de två målen, inte den tidigare målinformationen eller nästa målinformation.
Men i puls sträcker sig, är det lätt att skilja sådan information. Till exempel, för en laserpuls, om vi kan uppnå en pulsbredd på 10 nanoseconds, då kan vi skilja ett mål som är 30 centimeter framifrån och bakåt med flera ekon.
Det är svårt att skilja denna metod i fas sträcker sig. För i mätprocessen blir dess tid längre och avståndsinformationen som målrörelsen tar in introduceras i det uppmätta värdet. I själva verket mäter den en genomsnittlig distansinformation, inte information i realtid. Men laserpuls sträcker sig faktiskt realtidsinformation om den aktuella positionen.
Det är därför lidar för fordon eller robotar ofta använder laserpuls omfattande teknik i stället för fas omfattande teknik.
A
Triangulering
Mätning av trianguleringsavstånd är att erhålla avståndsinformation genom att mäta laserbestrålningspunktens avbildningsposition i kameran. Den största fördelen med trianguleringsmetoden är att den tekniska svårigheten är låg, kostnaden är också mycket låg, och noggrannheten att variera på nära håll är också mycket hög. Till exempel kan industriell användning uppnå 100-mikron intervall noggrannhet.
Men nackdelen är att dess noggrannhet gradvis kommer att försämras med ökningen av avståndet, och i princip inte kan jämföras med puls sträcker sig och fas sträcker sig.
En annan punkt, eftersom CMOS-kameran måste använda en kontinuerlig laser för att belysa synkront, dess genomsnittliga effekt är relativt låg, och dess anti-interferens förmåga kommer att vara mycket stark. Denna metod för intervall är i allmänhet lämplig för inomhus närbild arbete, men inte lämplig för arbete under utomhus bländning bakgrund eller inomhus bländning bakgrund.
Triangulering avstånd mätning är mer lämplig för scener med låg prestanda krav såsom robotar. Förutom de relativt höga kostnader och tekniska svårigheter, puls varierar har utmärkt prestanda i andra aspekter. Naturligtvis kommer dess varierande noggrannhet vara något lägre än för fas sträcker sig. Men denna typ av noggrannhet, enligt den nuvarande tekniken, kan vi i princip nå avståndet mätning noggrannhet i den ordning centimeter, eller till och med några millimeter, som i princip kan uppfylla kraven för vår användning i många tillfällen.
Vår huvudsakliga riktning är att använda puls sträcker sig för att göra enradsradar, inklusive multi-line radar.
A
Vad är enradiga lidar
Den ensidiga lidar är faktiskt en högfrekvent puls laser avståndsmätare, plus en endimensionell rotation scan. Funktioner för enkelradiga lidar:
1. Det finns bara ett sätt att överföra och ett sätt att ta emot, är strukturen relativt enkel och lätt att använda;
2. Hög skanningshastighet och hög vinkelupplösning.
3. Låg volym, vikt och energiförbrukning;
4. Högre tillförlitlighet.
5. Låg kostnad;
A
Vad kan enradiga lidar göra?
När det gäller autonom körning ser vi i princip flerradiga lidar, enradiga laser
Vad kan radar göra?
Som visas i figuren ovan, den första bilen att delta i DARPA Autopilot Challenge i USA är 2005 Stanford bil som heter Stanly. Det här är bilen som vann mästerskapet det året. Den andra är bilen från Carnegie Mellon University.
På den tiden var de i princip med en-line lidar. Speciellt för Stanford University konkurrens bil, det finns fem lidars installeras strax ovanför, kan vi tänka på det som upphovsman till multi-line lidar, men den använder fem enkel-line lidars för att uppnå multi-line lidar Funktion.
Efter Velodyne lanserade 64-line lidar under 2007, många självkörande fordon i princip används Velodyne produkter. Men innebär detta att enradiga lidar inte har någon marknad för assisterad eller autonom körning? Jag tror inte det. Eftersom enradiga lidar har sina egenskaper, till exempel, är det svårt för flerlinjen lidar att uppnå samma tekniska indikatorer med hög repetitionshastighet och hög vinkelupplösning. När det gäller fotgängardetektering, hinderdetektering (liten måldetektering) och främre hinderdetektering har enradiga lasrar många fördelar jämfört med flerlinjernas lidars, eftersom enradiga laserradar kan ha en högre vinkelupplösning än flerlinjernas lidars. Detta är mycket användbart för att upptäcka små föremål eller fotgängare. Denna teknik är mycket användbar i intelligenta robotar och robotar service, och den här är också ett hett område.
Många människor kan ställa en fråga, varför använda lidar för lane upptäckt istället för en kamera. Är inte ADAS-algoritmen mycket mogen? Varför måste jag använda lidar?
Detta beror på att kameran är särskilt känslig för störningar från bakgrundsljus eller starkt ljus. Till exempel, när vi går på en trädkantad aveny, om skuggan av träden faller i fläckar och sedan kombinerar med de vita körfältslinjerna, är det mycket svårt att känna igen körfältslinjerna, och igenkänningssannolikheten är under komplex belysning eller starka ljusförhållanden. Dess igenkänningssannolikhet är mycket, mycket låg, och algoritmen är mycket komplicerad.
Så, vilka är fördelarna med att använda lidar för lane detection? Först använder vi infraröda lasrar, som har mycket lägre strålning i det infraröda bandet än synligt ljus. För det andra kommer vi att lägga till ett mycket smalt filter för att filtrera bort den starka bakgrundslampan direkt. Sedan använder vi infrarött ljus för att upptäcka det. På detta sätt kan vi få en mycket högkvalitativ bild av körfältslinjen, och genom gråskala av bilden är det mycket lätt att upptäcka körfältslinjen. Med andra ord, med lidar för lane line upptäckt, kommer dess prestanda vara högre än kameran.
Tillämpningen av enradiga lidar i assisterad körning är fotgängare upptäckt. I själva verket är detta också en framåt kollision förebyggande ansökan, som i grunden liknar bil kollision förebyggande. Eftersom den ensidiga lidarens vinkelupplösning kan vara högre än för den flerradiga lidaren, kan fotgängare upptäckas i förväg på ett större avstånd, vilket ger mer varningstid för styrsystemet eller föraren.
