Kaedah Pengelasan Dan Pengimbasan Penderia Laser LiDAR

LiDARPenderia Laser memancarkan cahaya laser secara aktif dan boleh mendapatkan maklumat seperti jarak, orientasi, kelajuan dan kontur sasaran yang menceroboh dengan ketepatan tinggi dan resolusi tinggi. Ia telah digunakan secara meluas dalam bidang seperti keselamatan bandar dan keselamatan perindustrian. Artikel ini memperkenalkan secara ringkas pengeluar lidar keselamatan domestik dan asing serta spesifikasi teknikal produk mereka. Menggabungkan keperluan aplikasi keselamatan yang berbeza, prinsip, ciri dan situasi semasa lidar di bawah sistem teknikal yang berbeza dibincangkan dari tiga aspek: skema julat, kaedah pengimbasan dan pemilihan sumber cahaya. Akhir sekali, trend aplikasi dan prospek pembangunan lidar keselamatan diringkaskan dan diprospek. Untuk memenuhi keperluan aplikasi keselamatan pengguna, lidar keselamatan akan terus berkembang ke arah kos rendah, prestasi tinggi, pensirilan, pengecilan, keadaan pepejal, penyerpihan dan penyepaduan pelbagai sumber.

Bergantung pada sama ada terdapat komponen bergerak di dalam sistem, lidar boleh dibahagikan kepada lidar mekanikal dan lidar keadaan pepejal. Antaranya, kaedah pelaksanaan lidar keadaan pepejal termasuk sistem mikro-elektromekanikal (Micro-ElectroMechanical System, MEMS), teknologi Flash dan teknologi OPA.

Mengikut ciri kawalan rasuk dalam mod pengimbasan, lidar boleh dibahagikan kepada lidar pengimbasan dan lidar bukan pengimbasan. Antaranya, lidar bukan pengimbasan mencapai pengimejan sasaran dengan menutup pemandangan dengan cahaya, seperti lidar tatasusunan kawasan Flash. Kaedah pengimbasan yang sesuai boleh membolehkan lidar keselamatan memperoleh medan pandangan dan resolusi yang lebih besar, sambil menjadikan keseluruhan struktur lebih stabil. Oleh itu, pilihan teknologi pengimbasan sangat mempengaruhi kitaran hayat lidar, yang seterusnya menentukan sama ada lidar keselamatan di bawah sistem ini boleh dihasilkan secara besar-besaran. Antaranya, julat pengesanan yang panjang dan medan pandangan yang besar merupakan penunjuk utama lidar keselamatan, dan ia juga menentukan prospek aplikasi lidar keselamatan pada masa hadapan.

1. Penderia Laser LiDAR Mekanikal
Lidar mekanikal merujuk kepada penggunaan putaran mekanikal untuk mencapai pengimbasan laser. Motor memacu modul julat satu titik atau berbilang titik untuk berputar untuk mencapai pengimbasan kawasan sudut besar 360 penuh atau lain-lain. Prinsip kerja lidar mekanikal ditunjukkan dalam Rajah 1. Ia mempunyai kelebihan prinsip mudah, pemanduan mudah dan medan pandangan pengimbasan yang besar. Ia adalah yang pertama digunakan secara meluas dan menjadi penyelesaian pengimbasan untuk produk lidar keselamatan arus perdana di pasaran. Dengan mengambil kira faktor seperti kanta, struktur mekanikal dan papan litar, banyak modul julat mata biasanya tidak boleh dioptimumkan dari segi saiz dan berat. Oleh itu, apabila motor memacu modul berputar untuk masa yang lama, galas mudah haus. Ini menjadikan pengimbasan mekanikal tradisional dikritik dari segi hayat dan kebolehpercayaan, dan kos yang disebabkan oleh kehausan meningkat. Ia juga merupakan masalah yang sangat nyata. Oleh itu, pasaran keselamatan awal kebanyakannya menggunakan penyelesaian pengurangan dimensi dan kos rendah, iaitu, menggunakan radar laser garis pancaran rendah bersama-sama dengan sensor lain. Ia mempunyai rupa yang padat dan medan pandangan pengimbasan yang besar, dan sesuai untuk senario seperti perlindungan bangunan dan perlindungan perimeter serantau.

Rajah 1 Prinsip kerja LiDAR mekanikal tradisional

Pada masa ini, cabaran terbesar yang dihadapi oleh reka bentuk LiDAR ialah mencapai prestasi dan keteguhan sambil mencapai pengeluaran besar-besaran pada kos yang berpatutan. Walau bagaimanapun, lidar mekanikal tidak boleh dipromosikan secara meluas dalam bidang keselamatan kerana komponen elektronik terasnya yang berlebihan, yang menjadikannya sukar untuk mengurangkan saiz dan kosnya. Untuk tujuan ini, komponen teras lidar disepadukan ke dalam cip litar bersepadu (ASIC) khusus aplikasi untuk mengurangkan saiz litar pemprosesan isyarat lidar dan mengurangkan penggunaan kuasa dan kos. Ini adalah untuk merealisasikan pengeluaran besar-besaran lidar berbilang talian. trend penting.

2.MEMS LiDAR Laser Sensor
Radar laser MEMS menggantikan peranti berputar mekanikal tradisional dengan mikromirror MEMS yang disepadukan pada cip berasaskan silikon. Cermin mikro memantulkan laser untuk membentuk sudut imbasan yang lebih luas dan julat imbasan yang lebih besar. Prinsip kerjanya ditunjukkan dalam Rajah 2. Cermin mikro MEMS adalah inovator lidar mekanikal tradisional dan akan mengetuai pengecilan dan pengurangan kos lidar. Kaedah pengimbasan galvanometer mengelakkan putaran langsung struktur julat, membolehkan pengimbasan keadaan pepejal lidar, dan menjadikan lidar padat.

Rajah 2 Skema MEMS.（a）Prinsip kerja MEMS LiDAR;（b）Cermin pengimbasan MEMS

Bergantung pada kelebihan cermin mikro MEMS, industri menganggap MEMS lidar sebagai teknologi terpantas untuk dilaksanakan. Pada masa ini, lidar keadaan pepejal MEMS siri Leishen Intelligent LS20/LS21 telah digunakan dalam bidang seperti keselamatan pintar dan pemantauan bencana. Walau bagaimanapun, kelemahan cermin mikro MEMS ialah sudut imbasannya kecil, dan sudut tambahan diperlukan untuk mencapai pengimbasan medan pandangan yang besar. Di samping itu, jumlah cahaya laser yang boleh dipancarkan adalah terhad, menjadikannya sukar untuk mencapai "pengesanan jarak jauh". Secara umumnya, penyelesaian teknologi lidar MEMS tidak cukup matang dan memerlukan penambahbaikan selanjutnya. Adalah dipercayai bahawa dengan pembangunan cermin mikro MEMS, prospek aplikasi lidar MEMS akan menjadi lebih luas.

3. Penderia Laser LiDAR Denyar
Flash lidar ialah radar bukan pengimbasan. Ia memancarkan cahaya tatasusunan kawasan ke sasaran, menggunakan pengesan tatasusunan kawasan untuk mengesan penyerakan cahaya kejadian oleh sasaran, dan mengeluarkan imej dengan maklumat kedalaman. Prinsip kerjanya ditunjukkan dalam Rajah 3. Walaupun Flash lidar adalah kos rendah dan mempunyai kestabilan yang baik, julat pengesanannya agak pendek, jadi senario aplikasinya adalah terhad. Dalam bidang keselamatan, radar laser Flash telah digunakan secara meluas. Menggunakan lidar Flash 3D untuk pengesanan sasaran, pembahagian dan penjejakan, keputusan menunjukkan bahawa lidar Flash sesuai untuk pengawasan perimeter dan medan keselamatan di tapak. Walau bagaimanapun, dalam bidang seperti pemantauan alam sekitar, pemerhatian objek dan pencegahan bahaya, pengesanan masa nyata objek atau orang akan dihadkan oleh ciri pengimbasan, mengakibatkan herotan data. Menggunakan sistem penderia yang dibina dengan lidar Flash 3D, objek bergerak yang sangat berubah-ubah boleh dijejaki dalam masa nyata dan dengan ketepatan yang tinggi pada jarak sederhana hingga jauh. Proses dan keputusan eksperimen ditunjukkan dalam Rajah 4. Di samping itu, dengan pembangunan komponen kecil, kos pengesan tatasusunan kawasan dikurangkan, dan lidar Flash mudah dikecilkan, dan aplikasinya dalam bidang keselamatan akan menjadi lebih banyak.

Rajah 3 Prinsip kerja Flash LiDAR

Rajah 4 Senario kerja dan keputusan eksperimen Flash LiDAR. （a）Persediaan eksperimen dengan penjejakan masa nyata pada PC dan Flash LiDAR pada kepala pan-tilt;（b）titik awan senario;（c）pandangan intensiti senario dengan orang bertanda tengah;（d）pandangan julat senario dengan orang pusat bertanda

4.OPA LiDAR Laser Sensor
Sebagai jenis teknologi kawalan penuding pancaran baharu, teknologi pengimbasan OPA telah menjadi tumpuan penyelidikan dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Ia mempunyai kelebihan tiada peranti inersia, ketepatan yang stabil dan arah yang boleh dikawal. Prinsip kerjanya ditunjukkan dalam Rajah 5. Beberapa unit pemancar membentuk tatasusunan pemancar. Sudut keluar pancaran laser diubah dengan melaraskan perbezaan fasa setiap unit pemancar dalam tatasusunan pemancar, dengan itu mencapai gangguan yang saling menguatkan dalam arah yang ditetapkan, dengan itu menyediakan pancaran penunjuk intensiti tinggi. S3, "penderia lidar keadaan pepejal pertama di dunia." S3 menggunakan kaedah pengimbasan OPA dan hanya bersaiz tapak tangan. Produk dan prinsipnya ditunjukkan dalam Rajah 6. Produk siri S3 telah digunakan dalam bidang seperti pemantauan pencerobohan dan kawalan akses.

Rajah 5 Prinsip kerja OPA

Rajah 6 Prinsip kerja Quanergy S3 LiDAR

Teknologi tatasusunan berperingkat optik dengan integrasi tinggi boleh memenuhi keperluan pembangunan keadaan pepejal dan pengecilan lidar keselamatan. Walau bagaimanapun, pada masa ini terdapat dua faktor utama yang menyekat pengeluaran besar-besaran lidar keselamatan OPA: pertama, lobus sisi mudah dibentuk semasa pengimbasan sebenar, yang akan menjejaskan julat dan resolusi sudut rasuk; kedua, kesukaran pemprosesan adalah tinggi. Oleh itu, teknologi lidar keselamatan OPA masih belum matang, dan sukar untuk mencapai pengeluaran pada peringkat ini.

Maklumat perhubungan:

Jika anda mempunyai sebarang idea, sila berbincang dengan kami. Tidak kira di mana pelanggan kami berada dan apa keperluan kami, kami akan mengikut matlamat kami untuk menyediakan pelanggan kami kualiti tinggi, harga rendah dan perkhidmatan terbaik.