De vroegste definitie van lidar is LIDAR, Engels is Light DeteaTIon and Ranging, Chinees betekent" lichtdetectie en variërend" ;.
In feite is een nauwkeurigere definitie LADAR: LAser DetecTIon and Ranging, dat wil zeggen" laserdetectie en variërend" ;. Dit is een in 2004 voorgestelde definitie, die meer in overeenstemming is met het concept van lidar.
Lidar is eigenlijk een soort radar die in de optische band (speciale band) werkt, en de voordelen zijn heel duidelijk:
1. Extreem hoge resolutie: Lidar werkt in de optische band en de frequentie is 2 tot 3 ordes van grootte hoger dan in de magnetron. Daarom heeft lidar, vergeleken met microgolfradar, een extreem hoge resolutie, hoekresolutie en snelheidsresolutie
2. Sterk anti-interferentievermogen: de lasergolflengte is kort, deze kan een laserstraal uitzenden met een zeer kleine divergentiehoek (in de orde van grootte van μrad), het multi-path-effect is klein (zal geen directionele emissie vormen en genereren multi-path effecten met microgolf of millimetergolf), detecteerbare doelen op lage hoogte / ultra lage hoogte;
3. De hoeveelheid verkregen informatie is rijk: de afstand, hoek, reflectie-intensiteit, snelheid en andere informatie van het doel kan direct worden verkregen om het multidimensionale beeld van het doel te genereren;
4. Kan de hele dag werken: laser actieve detectie, is niet afhankelijk van externe lichtomstandigheden of de stralingskenmerken van het doel zelf. Het hoeft alleen zijn eigen laserstraal uit te zenden en doelinformatie te verkrijgen door het echosignaal van de uitgezonden laserstraal te detecteren.
Maar het grootste nadeel van lidar is dat het gemakkelijk wordt beïnvloed door atmosferische omstandigheden en rook uit de werkomgeving. Het is erg moeilijk om een werkomgeving voor alle weersomstandigheden te bereiken.
Lidar-classificatie
Als de classificatie van lidar is onderverdeeld in systemen, zijn er voornamelijk directe detectie lidar en coherente detectie lidar. Wat we op dit moment hebben genoemd, waaronder automatisch rijden, robots en lidar die worden gebruikt voor landmeten en kaarten, behoort in feite tot dit type lidar voor directe detectie. Sommige speciale radars, zoals windmeting en snelheidsmeting, gebruiken over het algemeen een coherent systeem. Als de classificatie van lidar is onderverdeeld in systemen, zijn er voornamelijk directe detectie lidar en coherente detectie lidar. Wat we op dit moment hebben genoemd, waaronder automatisch rijden, robots en lidar die worden gebruikt voor landmeten en kaarten, behoort in feite tot dit type lidar voor directe detectie. Sommige speciale radars, zoals windmeting en snelheidsmeting, gebruiken over het algemeen een coherent systeem.
Volgens de classificatie van de toepassing kunnen we meer verdelen, zoals: laserafstandsmeter, driedimensionale laserradar voor lasers, lasersnelheidsmeetradar, laseratmosferische detectieradar enzovoort.
Of het nu gaat om enkellijnige lidar, meerlijnige lidar of landmeetkundige lidar, we kunnen het in principe onderverdelen in de categorie laser driedimensionale beeldvormingsradar.
Een laser driedimensionale beeldradar moet in feite twee kerninformatie verkrijgen: informatie over de doelafstand en informatie over de doelhoek.
Als we de driedimensionale zitstandaard bepalen, moeten we de informatie over afstand, azimut en toonhoogte krijgen. Vervolgens berekenen we het driedimensionale coördinaatpunt van het doel op basis van de drie informatie van afstand, azimuthoek en spoedhoek.
Over het algemeen is de techniek om hoekinformatie te verkrijgen door het meten van de encoder zeer volwassen. We zijn meer bezorgd over hoe we de afstandsinformatie van de lidar kunnen verkrijgen.
De driedimensionale laserradar voor laser kan de driedimensionale puntwolkgegevens van het doel verkrijgen door middel van direct bereik en directe hoekmeettechnologie, en de verkregen gegevens zijn zelf driedimensionale gegevens. Het vereist niet veel berekening en verwerking om het beoogde driedimensionale beeld te genereren, en het laserbereik heeft een zeer hoge precisie.
Daarom is de driedimensionale beeldradar met laser momenteel de meest efficiënte sensor die beelden van een groot aantal driedimensionale scènes kan verkrijgen, en is het ook de sensor die momenteel de hoogste nauwkeurigheid van driedimensionale scènes kan bereiken.
A
Laser variërende methode
Momenteel kunnen de methoden voor afstandsmeting die we gewoonlijk zien, worden onderverdeeld in brede categorieën: laser time-of-flight (TIme of Fly, TOF) -methode en triangulatiemethode.
De laser time-of-flight-methode kan worden onderverdeeld in twee categorieën, de ene is pulsmodulatie (pulse range-technologie) en de andere is de fasemodulatie van de laser continue golfintensiteitsmodulatie, die de afstandsinformatie meet via het faseverschil.
De afstandsmeters die we op de markt kunnen zien, of enkellijnige en meerlijnige lidars, gebruiken in feite deze drie soorten meetmethoden.
A
Laser pulse-range technologie
Het principe van laserpuls-bereiktechnologie is heel eenvoudig: verkrijg de afstandsinformatie van het doel door de vluchttijd van de laserpuls tussen de radar en het doel te meten. Hier wordt een maatstaf gebruikt, namelijk de lichtsnelheid. Alle metingen moeten een datum hebben. Voor een laser zijn er twee datums: snelheid en frequentie (de twee meest nauwkeurige datums), omdat het referentiepunt dat voor TOF wordt gebruikt, de vliegsnelheid van de laser is.
Van de drie bovengenoemde methoden, denk ik dat het moeilijkste technische probleem de methode voor het variëren van pulsen is. Maar de voordelen die het met zich meebrengt, zijn duidelijk: de meetsnelheid is erg snel. Omdat de meting wordt uitgevoerd door een laser met een hoge piekwaarde, is het anti-jamming-vermogen zeer sterk.
Het nadeel is dat het moeilijk is om de bereikresolutie te verbeteren en dat het detectiecircuit moeilijk is. Als we bijvoorbeeld een resolutie van 1,5 millimeter voor fasebereik willen bereiken, moeten we een timingklokresolutie van 10 picoseconden bereiken, wat overeenkomt met 100G bandbreedte. Dit is een erg moeilijke techniek.
A
Laser fasebereik
Laserfasebereik, zoals een gewone draagbare laserafstandsmeter, gebruikt fasebereik. Het verkrijgt voornamelijk afstandsinformatie door het faseverschil te meten dat wordt gegenereerd door het intensiteitgemoduleerde lasersignaal met continue golf dat heen en weer vliegt tussen de radar en het doel.
Het grootste voordeel van deze technologie: de resolutie van het bereik is erg hoog. Op dit moment kan de fasebereikzoeker op de algemene markt een resolutie op millimeterniveau bereiken.
Het nadeel is dat de meetsnelheid langzamer is dan het pulsbereik. We moeten tenslotte een faseverschil kalibreren van minimaal tientallen of zelfs honderden cycli. In feite komt het overeen met het verlengen van de meettijd in fase, dan is de meetsnelheid relatief laag. Bovendien is de meetnauwkeurigheid relatief gevoelig voor beweging van de doelvorm. Als in de gemeten lichtvlek de twee doelen achter elkaar staan, is de specifieke informatie die het daadwerkelijk meet een gemiddelde van de afstand tussen de twee doelen, niet de vorige doelinformatie of de volgende doelinformatie.
Maar in polsslagbereik is het gemakkelijk om dergelijke informatie te scheiden. Als we bijvoorbeeld voor een laserpuls een pulsbreedte van 10 nanoseconden kunnen bereiken, kunnen we een doelwit onderscheiden dat 30 centimeter van voor naar achter is door meerdere echo's.
Deze methode is moeilijk te onderscheiden in faseverschillen. Omdat in het meetproces de tijd langer zal zijn en de afstandsinformatie die door de doelbeweging wordt ingebracht, in de gemeten waarde wordt geïntroduceerd. In feite meet het een gemiddelde afstandsinformatie, geen realtime informatie. Maar laserpulsafstand is eigenlijk realtime informatie over de huidige positie.
Dit is de reden waarom lidar voor voertuigen of robots vaak gebruik maakt van laserpuls-variërende technologie in plaats van fase-variërende technologie.
A
Triangulatie
Triangulatie-afstandsmeting is het verkrijgen van afstandsinformatie door het meten van de beeldpositie van het laserbestralingspunt in de camera. Het grootste voordeel van de triangulatiemethode is dat de technische moeilijkheid laag is, de kosten ook erg laag zijn, en de nauwkeurigheid van het bereik van dichtbij ook erg hoog is. Industrieel gebruik kan bijvoorbeeld een bereiknauwkeurigheid van 100 micron bereiken.
Maar het nadeel is dat de nauwkeurigheid geleidelijk zal verslechteren naarmate de afstand toeneemt, en in principe niet kan worden vergeleken met pulsbereik en fasebereik.
Een ander punt, omdat de CMOS-camera een continue laser moet gebruiken om synchroon te verlichten, is het gemiddelde vermogen relatief laag en zal het anti-interferentievermogen zeer sterk zijn. Deze methode van bereik is over het algemeen geschikt voor close-up binnenshuis, maar niet geschikt voor werk onder verblindingsachtergrond buitenshuis of verblindingsachtergrond binnenshuis.
Triangulatie-afstandsmeting is geschikter voor scènes met lage prestatie-eisen zoals robots. Naast de relatief hoge kosten en technische moeilijkheid, heeft pulsafstanden uitstekende prestaties op andere aspecten. Natuurlijk zal de bereiknauwkeurigheid iets lager zijn dan die van fasebereik. Maar dit soort nauwkeurigheid, volgens de huidige technologie, kunnen we in feite de nauwkeurigheid van de afstandsmeting bereiken in de orde van centimeters, of zelfs een paar millimeter, die in feite kan voldoen aan de vereisten van ons gebruik bij veel gelegenheden.
Onze belangrijkste richting is het gebruik van pulsbereik voor het uitvoeren van enkellijnige radar, inclusief meerlijnige radar.
A
Wat is eenlijnige lidar
De enkellijnige lidar is eigenlijk een hoogfrequente pulslaser-afstandsmeter, plus een eendimensionale rotatiescan. Kenmerken van enkellijnige lidar:
1. Er is maar één manier om te verzenden en één manier om te ontvangen, de structuur is relatief eenvoudig en gemakkelijk te gebruiken;
2. Hoge scansnelheid en hoge hoekresolutie;
3. Laag volume, gewicht en stroomverbruik;
4. Hogere betrouwbaarheid;
5. Lage kosten;
A
Wat kan lidar met één lijn doen?
Op het gebied van autonoom rijden zien we in feite meerlijnige lidar, enkellijnige laser
Wat kan radar doen?
Zoals te zien is in de bovenstaande afbeelding, is de eerste auto die deelneemt aan de DARPA Autopilot Challenge in de Verenigde Staten de Stanford-auto uit 2005, Stanly genaamd. Dit is de auto die dat jaar het kampioenschap won. De andere is de auto van de Carnegie Mellon University.
In die tijd gebruikten ze in feite enkellijnige lidar. Speciaal voor de Stanford University-wedstrijdauto zijn er vijf lidars net boven geïnstalleerd, we kunnen het beschouwen als de grondlegger van lidar met meerdere lijnen, maar het gebruikt vijf lidars met één lijn om de lidar-functie met meerdere lijnen te bereiken.
Nadat Velodyne in 2007 64-lijns lidar lanceerde, gebruikten veel zelfrijdende voertuigen in principe Velodyne-producten. Maar betekent dit dat lidar met één lijn geen markt heeft voor geassisteerd of autonoom rijden? Ik don' ik denk het niet. Omdat lidar met één lijn zijn kenmerken heeft, is het bijvoorbeeld moeilijk voor lidar met meerdere lijnen om dezelfde technische indicatoren te bereiken met een hoge herhalingssnelheid en een hoge hoekresolutie. Wat betreft voetgangersdetectie, obstakeldetectie (detectie van kleine doelen) en detectie van obstakels vooraan, hebben enkellijnige lasers veel voordelen ten opzichte van meerlijnige lidars, omdat enkellijnige laserradars een hogere hoekresolutie kunnen hebben dan lidlijnen met meerdere lijnen. Dit is erg handig bij het detecteren van kleine objecten of voetgangers. Deze technologie is erg handig in intelligente robots en servicerobots, en deze is ook een hot field.
Veel mensen kunnen een vraag stellen, waarom lidar gebruiken voor rijstrookdetectie in plaats van een camera. Is' t het ADAS-algoritme erg volwassen? Waarom moet ik lidar gebruiken?
Dit komt omdat de camera bijzonder gevoelig is voor interferentie door achtergrondlicht of fel licht. Als we bijvoorbeeld over een met bomen omzoomde laan lopen, als de schaduw van de bomen op plekken valt en vervolgens combineert met de witte rijstroken, is het erg moeilijk om de rijstroken te herkennen en is de herkenningskans onder complexe verlichting of sterke lichtomstandigheden. De herkenningskans is heel erg laag en het algoritme is erg ingewikkeld.
Dus, wat zijn de voordelen van het gebruik van lidar voor rijstrookdetectie? Ten eerste gebruiken we infraroodlasers, die veel minder straling in de infraroodband hebben dan zichtbaar licht. Ten tweede voegen we een zeer smal filter toe om het sterke achtergrondlicht direct uit te filteren. Vervolgens gebruiken we infraroodlicht om het te detecteren. Op deze manier kunnen we een zeer hoogwaardig beeld van de rijstrooklijn verkrijgen en door de grijswaarden van het beeld is het heel gemakkelijk om de rijstrooklijn te detecteren. Met andere woorden, met lidar voor het detecteren van rijstrooklijnen zullen de prestaties hoger zijn dan die van de camera.
De toepassing van enkellijnige lidar bij geassisteerd rijden is voetgangersdetectie. In feite is dit ook een toepassing voor het voorkomen van aanrijdingen, die in wezen vergelijkbaar is met het voorkomen van aanrijdingen. Omdat de hoekresolutie van de enkellijnige lidar hoger kan zijn dan die van de meerlijnige lidar, kunnen voetgangers vooraf op grotere afstand worden gedetecteerd, waardoor er meer waarschuwingstijd overblijft voor het besturingssysteem of de bestuurder.
