Definisi paling awal dari LIDAR adalah LIDAR, Bahasa Inggris adalah Deteksi Cahaya dan Mulai, arti Cina" deteksi cahaya dan mulai" ;.
Bahkan, definisi yang lebih akurat adalah LADAR: LAser DetecTIon and Ranging, yaitu," deteksi laser dan rentang" ;. Ini adalah definisi yang diusulkan pada tahun 2004, yang lebih sesuai dengan konsep lidar.
Lidar sebenarnya adalah sejenis radar yang bekerja di pita optik (pita khusus), dan kelebihannya sangat jelas:
1. Resolusi sangat tinggi: Lidar bekerja di pita optik, dan frekuensinya 2 hingga 3 kali lipat lebih tinggi dari gelombang mikro. Oleh karena itu, dibandingkan dengan radar microwave, Lidar memiliki resolusi rentang sangat tinggi, resolusi sudut dan Resolusi kecepatan
2. Kemampuan anti-interferensi yang kuat: panjang gelombang laser pendek, dapat memancarkan sinar laser dengan sudut divergensi yang sangat kecil (sesuai urutan μrad), efek multi-jalur kecil (tidak akan membentuk emisi arah, dan menghasilkan efek multi-jalur dengan gelombang mikro atau gelombang milimeter), target ketinggian-rendah / ultra-rendah yang terdeteksi;
3. Jumlah informasi yang diperoleh kaya: jarak, sudut, intensitas refleksi, kecepatan dan informasi lain dari target dapat secara langsung diperoleh untuk menghasilkan gambar multi-dimensi dari target;
4. Dapat bekerja sepanjang hari: deteksi aktif laser, tidak tergantung pada kondisi pencahayaan eksternal atau karakteristik radiasi dari target itu sendiri. Itu hanya perlu memancarkan sinar laser sendiri dan mendapatkan informasi target dengan mendeteksi sinyal gema dari sinar laser yang dipancarkan.
Tetapi kelemahan terbesar dari lidar adalah bahwa ia mudah dipengaruhi oleh kondisi atmosfer dan asap dari lingkungan kerja. Sangat sulit untuk mencapai lingkungan kerja segala cuaca.
Klasifikasi Lidar
Jika klasifikasi lidar dibagi ke dalam sistem, ada Lidar deteksi utama dan Lidar deteksi koheren. Sebenarnya, apa yang telah kami sebutkan saat ini, termasuk mengemudi otomatis, robot, dan LIDAR yang digunakan untuk survei dan pemetaan, pada dasarnya termasuk dalam jenis LIDAR deteksi langsung ini. Beberapa radar khusus, seperti pengukuran angin dan pengukuran kecepatan, umumnya menggunakan sistem yang koheren. Jika klasifikasi lidar dibagi ke dalam sistem, ada Lidar deteksi utama dan Lidar deteksi koheren. Sebenarnya, apa yang telah kami sebutkan saat ini, termasuk mengemudi otomatis, robot, dan LIDAR yang digunakan untuk survei dan pemetaan, pada dasarnya termasuk dalam jenis LIDAR deteksi langsung ini. Beberapa radar khusus, seperti pengukuran angin dan pengukuran kecepatan, umumnya menggunakan sistem yang koheren.
Menurut klasifikasi aplikasi, kita dapat membagi lebih banyak, seperti: pengintai laser, laser pencitraan tiga dimensi, radar pengukuran kecepatan laser, radar deteksi atmosfer atmosfer, dan sebagainya.
Apakah itu lidar satu-baris, multi-line lidar atau survei lidar, kita pada dasarnya dapat membaginya ke dalam kategori radar pencitraan tiga dimensi laser.
Sebuah radar pencitraan tiga dimensi laser, pada kenyataannya, perlu untuk mendapatkan dua informasi inti: informasi jarak target dan informasi sudut target.
Jika kita menentukan standar duduk tiga dimensi, kita perlu mendapatkan informasi jarak, azimuth, dan sudut sudut. Kemudian kita menghitung titik koordinat tiga dimensi dari target berdasarkan pada tiga informasi jarak, sudut azimuth dan sudut pitch.
Secara umum, teknik memperoleh informasi sudut dengan mengukur encoder sangat matang. Kami lebih peduli bagaimana mendapatkan informasi jarak dari LIDAR.
Radar pencitraan tiga dimensi laser dapat memperoleh data titik awan tiga dimensi dari target melalui teknologi pengukuran jarak langsung dan sudut langsung, dan data yang diperoleh adalah data tiga dimensi itu sendiri. Itu tidak memerlukan sejumlah besar perhitungan dan pemrosesan untuk menghasilkan target gambar tiga dimensi, dan laser mulai memiliki presisi yang sangat tinggi.
Oleh karena itu, laser pencitraan tiga dimensi saat ini merupakan sensor yang paling efisien yang dapat memperoleh gambar dari sejumlah besar adegan tiga dimensi, dan juga sensor yang saat ini dapat memperoleh akurasi tertinggi dari adegan tiga dimensi.
A
Metode mulai laser
Saat ini, metode pengukuran jarak yang biasanya dapat kita lihat dapat dibagi menjadi beberapa kategori besar: metode waktu terbang laser (TIme of Fly, TOF) dan metode triangulasi.
Metode waktu terbang laser dapat dibagi menjadi dua kategori, satu adalah modulasi pulsa (teknologi rentang pulsa), dan yang lainnya adalah modulasi fase dari modulasi intensitas gelombang kontinu laser, yang mengukur informasi jarak melalui perbedaan fase.
Rangefinders yang dapat kita lihat di pasaran, atau garis tunggal dan multi garis, pada dasarnya menggunakan tiga jenis metode rentang ini.
A
Teknologi mulai laser pulsa
Prinsip teknologi rentang pulsa laser sangat sederhana: dapatkan informasi jarak target dengan mengukur waktu penerbangan pulsa laser antara radar dan target. Patokan digunakan di sini, yang merupakan kecepatan cahaya. Semua pengukuran harus memiliki datum. Untuk laser, ada dua datum: kecepatan dan frekuensi (dua datum paling akurat), karena datum yang digunakan untuk TOF adalah kecepatan penerbangan laser.
Di antara tiga metode rentang yang disebutkan di atas, saya pikir masalah teknis yang paling sulit adalah metode rentang pulsa. Tetapi keuntungan yang dibawanya jelas: kecepatan pengukurannya sangat cepat. Karena pengukuran dilakukan oleh laser dengan nilai puncak tinggi, kemampuan anti-kemacetannya sangat kuat.
Kerugiannya adalah sulit untuk meningkatkan resolusi jangkauan dan rangkaian deteksi sulit. Misalnya, jika kita ingin mencapai resolusi 1,5 milimeter untuk rentang fase, kita perlu mencapai resolusi clock timing 10 picoseconds, yang setara dengan bandwidth 100G. Ini adalah teknik yang sangat sulit.
A
Fase laser mulai
Laser mulai fase, seperti pencari jangkauan laser genggam umum, menggunakan fase mulai. Ini terutama memperoleh informasi jarak dengan mengukur perbedaan fasa yang dihasilkan oleh sinyal laser gelombang kontinu termodulasi-intensitas terbang bolak-balik antara radar dan target.
Keuntungan terbesar dari teknologi ini: resolusi jangkauannya sangat tinggi. Saat ini, pencari jangkauan fase di pasar umum dapat mencapai resolusi tingkat milimeter.
Kerugiannya adalah kecepatan pengukurannya lebih lambat dari rentang pulsa. Bagaimanapun, kita perlu mengkalibrasi perbedaan fase setidaknya puluhan atau bahkan ratusan siklus. Bahkan, ini setara dengan memperpanjang waktu pengukuran dalam fase, kemudian kecepatan pengukurannya Relatif rendah. Selain itu, akurasi pengukurannya relatif rentan terhadap pergerakan bentuk target. Jika di titik cahaya yang diukur, dua target berada bersama-sama, informasi spesifik yang sebenarnya diukur adalah rata-rata jarak antara dua target, bukan informasi target sebelumnya atau informasi target berikutnya.
Tetapi dalam rentang pulsa, mudah untuk memisahkan informasi tersebut. Misalnya, untuk pulsa laser, jika kita dapat mencapai lebar pulsa 10 nanodetik, maka kita dapat membedakan target yang 30 sentimeter dari depan ke belakang dengan beberapa gema.
Sulit untuk membedakan metode ini dalam rentang fase. Karena dalam proses pengukuran, waktunya akan lebih lama, dan informasi jarak yang dibawa oleh gerakan target dimasukkan ke dalam nilai yang diukur. Bahkan, ia mengukur informasi jarak rata-rata, bukan informasi waktu-nyata. Tetapi rentang pulsa laser sebenarnya adalah informasi waktu sebenarnya tentang posisi saat ini.
Inilah sebabnya mengapa LIDAR untuk kendaraan atau robot sering menggunakan teknologi rentang pulsa laser daripada teknologi rentang fase.
A
Triangulasi
Pengukuran jarak triangulasi adalah untuk memperoleh informasi jarak dengan mengukur posisi pencitraan titik iradiasi laser pada kamera. Keuntungan terbesar dari metode triangulasi adalah bahwa kesulitan teknisnya rendah, biayanya juga sangat rendah, dan keakuratan mulai dari jarak dekat juga sangat tinggi. Misalnya, penggunaan industri dapat mencapai akurasi mulai 100 mikron.
Tetapi kelemahannya adalah akurasinya akan secara bertahap memburuk dengan meningkatnya jarak, dan pada dasarnya tidak bisa dibandingkan dengan rentang denyut dan rentang fase.
Poin lain, karena kamera CMOS harus menggunakan laser kontinu untuk menerangi secara serentak, daya rata-ratanya relatif rendah, dan kemampuan anti-interferensinya akan sangat kuat. Metode rentang ini umumnya cocok untuk pekerjaan close-up dalam ruangan, tetapi tidak cocok untuk Pekerjaan di bawah latar silau luar ruangan atau latar belakang silau dalam ruangan.
Pengukuran jarak triangulasi lebih cocok untuk adegan dengan persyaratan kinerja rendah seperti robot. Selain biaya yang relatif tinggi dan kesulitan teknis, rentang pulsa memiliki kinerja yang sangat baik di aspek lain. Tentu saja, akurasi jangkauannya akan sedikit lebih rendah daripada kisaran fase. Tetapi akurasi semacam ini, menurut teknologi saat ini, pada dasarnya kita dapat mencapai akurasi pengukuran jarak dalam urutan sentimeter, atau bahkan beberapa milimeter, yang pada dasarnya dapat memenuhi persyaratan penggunaan kita dalam banyak kesempatan.
Arah utama kami adalah menggunakan pulsa mulai untuk melakukan radar single-line, termasuk multi-line radar.
A
Apa itu LARAR single-line
Lidar satu-garis sebenarnya adalah pengintai laser pulsa frekuensi tinggi, ditambah pemindaian rotasi satu dimensi. Fitur lidar satu baris:
1. Hanya ada satu cara untuk mengirim dan satu cara untuk menerima, strukturnya relatif sederhana dan mudah digunakan;
2. Kecepatan pemindaian tinggi dan resolusi sudut tinggi;
3. Volume rendah, berat dan konsumsi daya;
4. Keandalan lebih tinggi;
5. Biaya rendah;
A
Apa yang bisa dilakukan dengan lidar satu baris?
Di bidang mengemudi otonom, kita pada dasarnya melihat multi-line lidar, laser single-line
Apa yang bisa dilakukan radar?
Seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, mobil pertama yang berpartisipasi dalam DARPA Autopilot Challenge di Amerika Serikat adalah mobil Stanford 2005 bernama Stanly. Ini adalah mobil yang memenangkan kejuaraan tahun itu. Yang lainnya adalah mobil dari Universitas Carnegie Mellon.
Pada waktu itu mereka pada dasarnya menggunakan lidar satu baris. Khusus untuk mobil kompetisi Universitas Stanford, ada lima larsar terpasang tepat di atas, kita dapat menganggapnya sebagai pencetus lidar multi-line, tetapi menggunakan lima lidar satu-baris untuk mencapai Fungsi multi-line lidar.
Setelah Velodyne meluncurkan 64-line LIDAR pada tahun 2007, banyak kendaraan self-driving pada dasarnya menggunakan produk Velodyne. Tetapi apakah ini berarti bahwa lidar satu jalur tidak memiliki pasar dalam pengemudian yang dibantu atau otonom? Kurasa tidak. Karena lidar single-line memiliki karakteristik, misalnya, sulit untuk lidar multi-line untuk mencapai indikator teknis yang sama pada tingkat pengulangan yang tinggi dan resolusi sudut yang tinggi. Dalam hal deteksi pejalan kaki, deteksi halangan (deteksi target kecil), dan deteksi halangan depan, laser jalur tunggal memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan multi-line lidar, karena radar laser garis tunggal dapat memiliki resolusi sudut yang lebih tinggi daripada lidar multi-baris. Ini sangat berguna dalam mendeteksi benda kecil atau pejalan kaki. Teknologi ini sangat berguna dalam robot cerdas dan robot layanan, dan yang satu ini juga bidang yang panas.
Banyak orang mungkin bertanya, mengapa menggunakan LIDAR untuk deteksi jalur daripada kamera. Bukankah' apakah algoritma ADAS sangat matang? Mengapa saya harus menggunakan LIDAR?
Ini karena kamera sangat rentan terhadap gangguan dari cahaya latar belakang atau cahaya yang kuat. Sebagai contoh, ketika kita berjalan di jalan berbaris pohon, jika keteduhan pohon jatuh di tempat dan kemudian bergabung dengan garis jalur putih, sangat sulit untuk mengenali jalur jalur, dan kemungkinan pengakuan berada di bawah pencahayaan yang kompleks atau kondisi cahaya yang kuat. Probabilitas pengenalannya sangat, sangat rendah, dan algoritme sangat rumit.
Jadi, apa manfaat menggunakan lidar untuk deteksi jalur? Pertama, kami menggunakan laser inframerah, yang memiliki radiasi jauh lebih rendah di pita inframerah daripada cahaya tampak. Kedua, kami akan menambahkan filter yang sangat sempit untuk menyaring cahaya latar belakang yang kuat secara langsung. Lalu kami menggunakan cahaya inframerah untuk mendeteksinya. Dengan cara ini, kita dapat memperoleh gambar jalur jalur berkualitas tinggi, dan melalui skala abu-abu gambar, sangat mudah untuk mendeteksi jalur jalur. Dengan kata lain, menggunakan lidar untuk deteksi jalur jalur, kinerjanya akan lebih tinggi dari kamera.
Penerapan lidar jalur tunggal dalam mengemudi yang dibantu adalah deteksi pejalan kaki. Bahkan, ini juga merupakan aplikasi pencegahan tabrakan ke depan, yang pada dasarnya mirip dengan pencegahan tabrakan mobil. Karena resolusi sudut dari lidar satu baris dapat lebih tinggi daripada lidar multi-line, pejalan kaki dapat dideteksi terlebih dahulu pada jarak yang lebih jauh, meninggalkan lebih banyak waktu peringatan untuk sistem kontrol atau pengemudi.
