Agrākā lidara definīcija ir LIDAR, angļu valodā ir Light DeteaTIon and Ranging, ķīniešu valodā nozīmē" gaismas noteikšana un diapazona" ;.
Faktiski precīzāka definīcija ir LADAR: LAser DetecTIon and Ranging, tas ir," lāzera noteikšana un" Šī ir 2004. gadā ierosinātā definīcija, kas vairāk atbilst lidara jēdzienam.
Lidar faktiski ir sava veida radars, kas darbojas optiskajā joslā (speciālajā joslā), un tā priekšrocības ir ļoti acīmredzamas:
1. Īpaši augsta izšķirtspēja: Lidar darbojas optiskajā joslā, un frekvence ir par 2 līdz 3 magnitūdas lielumiem augstāka nekā mikroviļņu krāsā. Tāpēc lidar salīdzinājumā ar mikroviļņu radaru ir ārkārtīgi augsta izšķirtspēja, leņķa izšķirtspēja un ātruma izšķirtspēja
2. Spēcīga anti-traucējumu spēja: lāzera viļņa garums ir īss, tas var izstarot lāzera staru ar ļoti mazu novirzes leņķi (pēc μrad lieluma), daudzceļu efekts ir mazs (neveidos virziena emisiju un ģenerēs daudzceļu efekti ar mikroviļņu vai milimetru viļņiem), kas nosakāmi mērķos zemā augstumā / īpaši zemā augstumā;
3. Iegūtās informācijas daudzums ir bagātīgs: attālumu, leņķi, atstarošanas intensitāti, ātrumu un citu informāciju no mērķa var tieši iegūt, lai izveidotu mērķa daudzdimensionālu attēlu;
4. Var strādāt visu dienu: aktīvā lāzera noteikšana, nav atkarīga no ārējā apgaismojuma vai paša mērķa starojuma parametriem. Tam tikai jāizstaro savs lāzera stars un jāiegūst mērķa informācija, atklājot izstarotā lāzera stara atbalss signālu.
Bet lielākais lidara trūkums ir tas, ka to viegli ietekmē atmosfēras apstākļi un darba vides dūmi. Ir ļoti grūti panākt darba vidi jebkuros laika apstākļos.
Lidar klasifikācija
Ja lidaru klasifikācija ir sadalīta sistēmās, tad galvenokārt ir tiešās noteikšanas lidari un koherenti noteikšanas lidari. Faktiski tas, ko mēs esam pieminējuši pašlaik, ieskaitot automātisko vadīšanu, robotus un lidaru, ko izmanto uzmērīšanai un kartēšanai, būtībā pieder pie šāda veida tiešās noteikšanas lidar. Daži īpaši radari, piemēram, vēja mērīšana un ātruma mērīšana, parasti izmanto saskaņotu sistēmu. Ja lidaru klasifikācija ir sadalīta sistēmās, tad galvenokārt ir tiešās noteikšanas lidari un koherenti noteikšanas lidari. Faktiski tas, ko mēs esam pieminējuši pašlaik, ieskaitot automātisko vadīšanu, robotus un lidaru, ko izmanto uzmērīšanai un kartēšanai, būtībā pieder pie šāda veida tiešās noteikšanas lidar. Daži īpaši radari, piemēram, vēja mērīšana un ātruma mērīšana, parasti izmanto saskaņotu sistēmu.
Saskaņā ar lietojuma klasifikāciju mēs varam sadalīt vairāk, piemēram: lāzera tālmērs, trīsdimensiju lāzera radars, lāzera ātruma mērīšanas radars, lāzera atmosfēras noteikšanas radars utt.
Neatkarīgi no tā, vai tas ir vienrindas lidars, daudzrindu lidars vai uzmērīšanas lidars, mēs to pamatā varam iedalīt lāzera trīsdimensiju attēlveidošanas radara kategorijā.
Trīsdimensiju lāzera radars patiesībā tam ir jāiegūst divas pamatinformācijas: mērķa attāluma informācija un mērķa leņķa informācija.
Ja mēs nosakām tā trīsdimensiju sēdēšanas standartu, mums jāiegūst informācija par tā attālumu, azimutu un soļa leņķi. Tad mēs aprēķinām mērķa trīsdimensiju koordinātu punktu, pamatojoties uz trīs attāluma, azimuta leņķa un soļa leņķa informāciju.
Parasti leņķa informācijas iegūšanas tehnika, mērot kodētāju, ir ļoti nobriedusi. Mūs vairāk uztrauc tas, kā iegūt attāluma informāciju par lidaru.
Lāzera trīsdimensiju attēlveidošanas radars var iegūt mērķa trīsdimensiju punktu mākoņa datus, izmantojot tieša attāluma un tieša leņķa mērīšanas tehnoloģiju, un iegūtie dati paši ir trīsdimensiju dati. Mērķa trīsdimensiju attēla ģenerēšanai nav nepieciešami lieli aprēķini un apstrāde, un lāzera diapazonam ir ļoti augsta precizitāte.
Tāpēc lāzera trīsdimensiju attēlveidošanas radars pašlaik ir visefektīvākais sensors, kas var iegūt lielu trīsdimensiju ainu diapazonu attēlus, un tas ir arī sensors, kas šobrīd var iegūt visaugstāko trīsdimensiju ainu precizitāti.
A
Lāzera diapazona metode
Pašlaik attāluma mērīšanas metodes, kuras mēs parasti varam redzēt, var iedalīt plašās kategorijās: lāzera lidojuma laika (TIme of Fly, TOF) metode un triangulācijas metode.
Lāzera lidojuma laika metodi var iedalīt divās kategorijās, viena ir impulsa modulācija (impulsu diapazona tehnoloģija), bet otra ir lāzera nepārtrauktas viļņu intensitātes modulācijas fāzes modulācija, kas mēra attāluma informāciju caur fāžu starpību.
Diapazona meklētāji, kurus mēs varam redzēt tirgū, vai vienrindu un daudzrindu līderi galvenokārt izmanto šos trīs diapazonu noteikšanas metožu veidus.
A
Lāzera impulsu diapazona tehnoloģija
Lāzera impulsa diapazona tehnoloģijas princips ir ļoti vienkāršs: iegūstiet mērķa attāluma informāciju, izmērot lāzera impulsa lidojuma laiku starp radaru un mērķi. Šeit tiek izmantots etalons, kas ir gaismas ātrums. Visiem mērījumiem jābūt atsauces punktam. Lāzeram ir divi atsauces punkti: ātrums un frekvence (divi precīzākie atsauces punkti), jo TOF izmantotais atsauces punkts ir lāzera lidojuma ātrums.
Starp trim iepriekšminētajām diapazonu noteikšanas metodēm, manuprāt, vissarežģītākā tehniskā problēma ir impulsu diapazona metode. Bet tā sniegtās priekšrocības ir acīmredzamas: mērīšanas ātrums ir ļoti ātrs. Tā kā mērījumus veic ar lāzeru ar augstu maksimālo vērtību, tā spēja novērst traucējumus ir ļoti spēcīga.
Trūkums ir tāds, ka ir grūti uzlabot diapazona izšķirtspēju, un detektēšanas ķēde ir sarežģīta. Piemēram, ja mēs vēlamies sasniegt fāzes diapazona izšķirtspēju 1,5 milimetri, mums jāpanāk laika pikseļa izšķirtspēja 10 pikosekundēs, kas ir ekvivalents 100G joslas platumam. Šī ir ļoti sarežģīta tehnika.
A
Lāzera fāzes diapazons
Lāzera fāzes diapazons, piemēram, parasts rokas lāzera diapazona meklētājs, izmanto fāzes diapazonu. Tas galvenokārt iegūst informāciju par attālumu, izmērot fāžu starpību, ko rada intensitātes modulēts nepārtraukta viļņa lāzera signāls, kas lido uz priekšu un atpakaļ starp radaru un mērķi.
Šīs tehnoloģijas lielākā priekšrocība: diapazona izšķirtspēja ir ļoti augsta. Pašlaik fāzu diapazona meklētājs vispārējā tirgū var sasniegt izšķirtspēju milimetru līmenī.
Trūkums ir tāds, ka mērīšanas ātrums ir lēnāks nekā impulsa diapazons. Galu galā mums ir jākalibrē fāžu starpība vismaz desmitos vai pat simtos ciklu. Faktiski tas ir līdzvērtīgs mērīšanas laika pagarināšanai fāzē, pēc tam tā mērīšanas ātrumam ir salīdzinoši mazs. Turklāt tā mērīšanas precizitāte ir relatīvi jutīga pret mērķa formas kustību. Ja izmērītajā gaismas vietā abi mērķi atrodas tandēmā, specifiskā informācija, ko tā faktiski izmērīja, ir attāluma starp diviem mērķiem vidējais rādītājs, nevis iepriekšējā mērķa informācija vai nākamā mērķa informācija.
Bet ar pulsa diapazonu šādu informāciju ir viegli atdalīt. Piemēram, lāzera impulsam, ja mēs varam sasniegt impulsa platumu 10 nanosekundēs, tad ar vairāku atbalsi palīdzību mēs varam atšķirt mērķi, kas ir 30 centimetri no priekšpuses uz aizmuguri.
Šo metodi ir grūti atšķirt pakāpeniski. Tā kā mērīšanas procesā tā laiks būs ilgāks, un izmērītajā vērtībā tiek ievadīta attāluma informācija, ko ienes mērķa kustība. Faktiski tas mēra vidējā attāluma informāciju, nevis reālā laika informāciju. Bet lāzera impulsa diapazons faktiski ir reālā laika informācija par pašreizējo stāvokli.
Tāpēc transportlīdzekļu vai robotu lidars fāzu diapazona tehnoloģijas vietā bieži izmanto lāzera impulsu diapazona tehnoloģiju.
A
Triangulation
Triangulācijas attāluma mērīšana ir informācijas iegūšana par attālumu, mērot kameras lāzera apstarošanas punkta attēlveidošanas pozīciju. Triangulācijas metodes lielākā priekšrocība ir tā, ka tehniskās grūtības ir zemas, izmaksas ir arī ļoti zemas, un ļoti liela ir arī diapazona precizitāte tuvu diapazonā. Piemēram, rūpnieciskai izmantošanai var sasniegt 100 mikronu precizitāti.
Bet trūkums ir tāds, ka tā precizitāte pakāpeniski pasliktināsies, palielinoties attālumam, un to principā nevar salīdzināt ar impulsa diapazonu un fāzes diapazonu.
Vēl viens jautājums, jo CMOS kamerai ir jāizmanto nepārtraukts lāzers, lai apgaismotu sinhroni, tās vidējā jauda ir salīdzinoši zema, un tās pretiejaukšanās spēja būs ļoti spēcīga. Šī diapazona metode parasti ir piemērota tuvplānošanai telpās, bet nav piemērota darbam zem āra vai atspīduma fona.
Triangulācijas attāluma mērīšana ir vairāk piemērota ainām ar zemām veiktspējas prasībām, piemēram, robotiem. Papildus samērā augstām izmaksām un tehniskām grūtībām pulsa diapazonam ir lielisks sniegums arī citos aspektos. Protams, tā diapazona precizitāte būs nedaudz zemāka nekā fāzes diapazona precizitāte. Bet šāda veida precizitāte, saskaņā ar pašreizējām tehnoloģijām, mēs pamatā varam sasniegt attāluma mērīšanas precizitāti centimetru vai pat dažu milimetru secībā, kas būtībā var atbilst mūsu lietošanas prasībām daudzos gadījumos.
Mūsu galvenais virziens ir impulsu diapazona izmantošana, lai veiktu vienrindas radaru, ieskaitot daudzrindu radaru.
A
Kas ir vienrindas lidars
Vienrindas lidars faktiski ir augstas frekvences impulsu lāzera tālmērs, kā arī viendimensijas rotācijas skenēšana. Vienrindas lidara īpašības:
1. ir tikai viens veids, kā pārsūtīt, un viens veids, kā saņemt, struktūra ir salīdzinoši vienkārša un viegli lietojama;
2. augsts skenēšanas ātrums un augsta leņķiskā izšķirtspēja;
3. mazs tilpums, svars un enerģijas patēriņš;
4. augstāka uzticamība;
5. zemas izmaksas;
A
Ko var darīt vienas līnijas līderis?
Autonomās braukšanas jomā mēs galvenokārt redzam daudzrindu lidaru, vienrindas lāzeru
Ko radars var darīt?
Kā parādīts attēlā iepriekš, pirmā automašīna, kas piedalās DARPA Autopilota izaicinājumā Amerikas Savienotajās Valstīs, ir 2005. gada Stenfordas automašīna ar nosaukumu Stanly. Šī ir automašīna, kas tajā gadā uzvarēja čempionātā. Otra ir automašīna no Kārnegi Melona universitātes.
Tajā laikā viņi galvenokārt izmantoja vienrindas lidaru. Īpaši Stenfordas universitātes sacensību automašīnai ir pieci lidari, kas uzstādīti tieši virs, mēs varam domāt par to kā daudzrindu lidaru iniciators, bet, lai sasniegtu daudzrindu lidara funkciju, tas izmanto piecus vienrindas lidarus.
Pēc tam, kad 2007. gadā Velodyne sāka tirgot 64 līniju līniju, daudzi pašpiedziņas transportlīdzekļi galvenokārt izmantoja Velodyne produktus. Bet vai tas nozīmē, ka vienrindas lidar nav autopārvadājumu vai autonomas braukšanas tirgus? Es nedomāju, ka&# 39. Tā kā vienrindu lidaram ir savas īpašības, piemēram, daudzrindu lidaram ir grūti sasniegt tos pašus tehniskos rādītājus ar lielu atkārtošanās ātrumu un augstu leņķisko izšķirtspēju. Runājot par gājēju atklāšanu, šķēršļu atklāšanu (mazu mērķu noteikšanu) un priekšējo šķēršļu atklāšanu, vienrindas lāzeriem ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar daudzrindu līderiem, jo vienrindas lāzera radariem var būt augstāka leņķiskā izšķirtspēja nekā daudzrindu līderiem. Tas ir ļoti noderīgi, lai noteiktu mazus objektus vai gājējus. Šī tehnoloģija ir ļoti noderīga automatizētajos robotos un servisa robotos, un šī tehnoloģija ir arī karsts lauks.
Daudzi cilvēki var uzdot jautājumu, kāpēc kameras vietā joslu noteikšanai izmantot lidar. Vai' ADAS algoritms nav ļoti gatavs? Kāpēc man ir jālieto lidar?
Tas ir tāpēc, ka kamera ir īpaši jutīga pret traucējumiem, ko rada fona vai spēcīga gaisma. Piemēram, ejot pa koku izklātu aleju, ja koku ēna krīt plankumos un pēc tam apvienojas ar baltajām joslu līnijām, ir ļoti grūti atpazīt joslu līnijas, un atpazīšanas varbūtība ir sarežģītā apgaismojumā vai spēcīgi gaismas apstākļi. Tā atpazīšanas varbūtība ir ļoti, ļoti zema, un algoritms ir ļoti sarežģīts.
Kādas ir priekšrocības, ko rada lidar izmantošana joslu noteikšanai? Pirmkārt, mēs izmantojam infrasarkanos lāzerus, kuriem infrasarkanā joslā ir daudz zemāks starojums nekā redzamajai gaismai. Otrkārt, mēs pievienosim ļoti šauru filtru, lai tieši filtrētu spēcīgo fona apgaismojumu. Tad mēs to izmantojam infrasarkano gaismu. Tādā veidā mēs varam iegūt ļoti augstas kvalitātes joslas līnijas attēlu, un, izmantojot attēla pelēktoņu, ir ļoti viegli noteikt joslas līniju. Citiem vārdiem sakot, izmantojot joslu līnijas noteikšanai lidaru, tā veiktspēja būs augstāka nekā kamerai.
Vienrindas lidara pielietošana automatizētā braukšanā ir gājēju noteikšana. Faktiski šī ir arī priekšlaicīga sadursmju novēršanas programma, kas būtībā ir līdzīga automašīnu sadursmju novēršanai. Tā kā vienrindas lidara leņķiskā izšķirtspēja var būt augstāka nekā daudzrindu lidara izšķirtspēja, gājējus var noteikt jau iepriekš lielākā attālumā, atstājot vairāk brīdinājuma laika vadības sistēmai vai vadītājam.
