Ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα; Ανάλυση τριγωνισμού και TOF lidar!
Ως πυρήνας αισθητήρα πολλών έξυπνων συσκευών, το lidar έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως. Σήμερα, βλέπουμε συχνά lidar σε μη επανδρωμένα οχήματα, ρομπότ σέρβις, ανυψωτικά οχήματα AGV, έξυπνη οδική διαχείριση και μεταφορά και αυτοματοποιημένες γραμμές παραγωγής, κάτι που αρκεί για να δείξει την απαραίτητη θέση του στην αλυσίδα της βιομηχανίας τεχνητής νοημοσύνης.
Όσον αφορά τα κύρια προϊόντα lidar στην αγορά, τα ραντάρ που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση του περιβάλλοντος και την κατασκευή χαρτών μπορούν να χωριστούν περίπου σε δύο κατηγορίες σύμφωνα με τις τεχνικές διαδρομές. Το ένα είναι ραντάρ TOF (Time of Flight) και το άλλο είναι ραντάρ τριγωνικού εύρους. Πιστεύω ότι πολλοί άνθρωποι είναι εξοικειωμένοι με αυτούς τους δύο όρους, αλλά αν θέλετε να πείτε αν αυτές οι δύο λύσεις είναι καλύτερες ή χειρότερες όσον αφορά την αρχή, την απόδοση, το κόστος και την εφαρμογή, καθώς και τους λόγους πίσω τους, ίσως όλοι έχουν περισσότερα ή πιο λιγο. Αμφιβάλλεται. Σήμερα, ο συντάκτης θα δώσει μερικές προτάσεις και θα αναλύσει αυτά τα ζητήματα.
1. Αρχή
Η αρχή της μεθόδου τριγωνισμού φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Το λέιζερ εκπέμπει φως λέιζερ. Μετά την ακτινοβόληση του αντικειμένου, το ανακλώμενο φως λαμβάνεται από το γραμμικό CCD. Δεδομένου ότι το λέιζερ και ο ανιχνευτής διαχωρίζονται από μια ορισμένη απόσταση, αντικείμενα σε διαφορετικές αποστάσεις θα απεικονίζονται στο CCD σύμφωνα με την οπτική διαδρομή. Διαφορετικές τοποθεσίες. Υπολογίζοντας σύμφωνα με τον τριγωνομετρικό τύπο, μπορεί να εξαχθεί η απόσταση του μετρημένου αντικειμένου.
Κοιτάξτε απλώς την αρχή, πιστεύετε ότι είναι πολύ απλή;
Σχήμα 1. Η αρχή του τριγωνισμού κυμαίνεται
Ωστόσο, η αρχή του TOF είναι απλούστερη. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2, το λέιζερ εκπέμπει έναν παλμό λέιζερ και ο χρόνος εκπομπής καταγράφεται από το χρονοδιακόπτη, το φως επιστροφής λαμβάνεται από τον δέκτη και ο χρόνος επιστροφής καταγράφεται από το χρονοδιακόπτη. Οι δύο φορές αφαιρούνται για να λάβετε το&«ώρα πτήσης GG». του φωτός και η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή, οπότε η απόσταση μπορεί εύκολα να υπολογιστεί αφού είναι γνωστή η ταχύτητα και ο χρόνος.
Σχήμα 2. Αρχή εύρους TOF
Είναι κρίμα που αν όλα είναι τόσο απλά όσο το να θυμάσαι, ο κόσμος θα είναι υπέροχος. Αυτά τα δύο σχήματα θα έχουν τις δικές τους προκλήσεις στη συγκεκριμένη εφαρμογή, αλλά σε σύγκριση, το TOF έχει προφανώς περισσότερες δυσκολίες να ξεπεράσει.
Οι κύριες δυσκολίες στην υλοποίηση του ραντάρ TOF είναι:
Το πρώτο είναι το ζήτημα χρονισμού. Στο σχήμα TOF, η μέτρηση απόστασης εξαρτάται από τη μέτρηση του χρόνου. Αλλά η ταχύτητα του φωτός είναι πολύ γρήγορη, οπότε για να αποκτήσετε μια ακριβή απόσταση, οι απαιτήσεις για το σύστημα χρονισμού γίνονται πολύ υψηλές. Ένα κομμάτι δεδομένων είναι ότι το lidar πρέπει να μετρήσει απόσταση 1 cm και το αντίστοιχο χρονικό διάστημα είναι περίπου 65ps. Οι μαθητές που είναι λίγο εξοικειωμένοι με τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά πρέπει να γνωρίζουν τι σημαίνει αυτό πίσω από το σύστημα κυκλώματος.
Το δεύτερο είναι η επεξεργασία παλμών. Υπάρχουν δύο μέρη:
Το ένα είναι λέιζερ: Στο ραντάρ δέλτα, δεν υπάρχει σχεδόν καμία απαίτηση για οδήγηση με λέιζερ. Επειδή η μέτρηση εξαρτάται από τη θέση της ηχούς λέιζερ, απαιτείται μόνο ένα συνεχές φως για να εκπέμψει. Αλλά το TOF δεν λειτουργεί. Όχι μόνο απαιτεί παλμικό λέιζερ, αλλά η ποιότητα δεν είναι πολύ κακή. Προς το παρόν, το πλάτος παλμού του εξερχόμενου φωτός του ραντάρ TOF είναι περίπου μερικά νανοδευτερόλεπτα, και το άκρο ανόδου πρέπει να είναι όσο το δυνατόν γρηγορότερο. Επομένως, το σύστημα οδήγησης λέιζερ κάθε προϊόντος Υπάρχουν επίσης υψηλά και χαμηλά σημεία.
Ο άλλος είναι ο δέκτης. Σε γενικές γραμμές, η αναγνώριση χρόνου ηχούς είναι στην πραγματικότητα η αναγνώριση χρόνου της ανοδικής άκρης. Επομένως, κατά την επεξεργασία του σήματος ηχούς, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι το σήμα δεν παραμορφώνεται όσο το δυνατόν περισσότερο. Επιπλέον, ακόμη και αν το σήμα δεν είναι παραμορφωμένο, καθώς το σήμα ηχούς δεν μπορεί να είναι ένα ιδανικό τετράγωνο κύμα, η μέτρηση διαφορετικών αντικειμένων στην ίδια απόσταση θα προκαλέσει επίσης την αλλαγή του μπροστινού άκρου. Για παράδειγμα, η μέτρηση του λευκού και του μαύρου χαρτιού στην ίδια θέση μπορεί να λάβει δύο σήματα ηχούς όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα και το σύστημα μέτρησης χρόνου πρέπει να μετρήσει ότι τα δύο μπροστινά άκρα είναι ταυτόχρονα (επειδή η απόσταση είναι ίδια απόσταση), που απαιτεί ειδική μεταχείριση.
Σχήμα 3. Η διαφορά των σημάτων ηχούς με διαφορετική ανακλαστικότητα
Επιπλέον, το άκρο λήψης αντιμετωπίζει επίσης προβλήματα όπως κορεσμός σήματος και επεξεργασία δαπέδου θορύβου, τα οποία μπορεί να θεωρηθεί δύσκολο.
Δεύτερον, η παράσταση PK, γνωρίζοντας τον λόγο, γνωρίζοντας γιατί;
Τούτου λεχθέντος, στην πραγματικότητα, από την άποψη των μεταγενέστερων χρηστών, δεν ενδιαφέρεστε αν είναι εύκολο ή δύσκολο να εφαρμοστεί. Οι χρήστες δεν ενδιαφέρονται τίποτα περισσότερο από δύο σημεία: απόδοση και τιμή. Επιτρέψτε μου να μιλήσω πρώτα για την απόδοση. Εάν οι περισσότεροι άνθρωποι που γνωρίζουν αυτόν τον κλάδο γνωρίζουν ότι το ραντάρ TOF είναι καλύτερο από το ραντάρ τριγώνου στην απόδοση. Αλλά ποιες είναι οι συγκεκριμένες πτυχές και οι λόγοι πίσω από αυτό;
Μέτρηση απόστασης
Καταρχήν, το ραντάρ TOF μπορεί να μετρήσει μεγαλύτερες αποστάσεις. Στην πραγματικότητα, σε ορισμένες περιπτώσεις που απαιτούν μέτρηση απόστασης, όπως εφαρμογές αυτοκινήτου χωρίς οδηγό, σχεδόν όλα τα ραντάρ TOF. Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους το ραντάρ τριγωνισμού δεν μπορεί να μετρήσει πολύ. Πρώτον, περιορίζεται κατ 'αρχήν. Στην πραγματικότητα, δεν είναι δύσκολο να παρατηρήσετε προσεκτικά το Σχήμα 1. Όσο πιο μακριά το αντικείμενο μετριέται από το ραντάρ τριγωνισμού, τόσο μικρότερη είναι η διαφορά θέσης στο CCD. Αφού ξεπεράσει μια συγκεκριμένη απόσταση, το CCD δύσκολα μπορεί να διακρίνει. Το δεύτερο είναι ότι το τριγωνικό ραντάρ δεν μπορεί να αποκτήσει υψηλότερη αναλογία σήματος προς θόρυβο όπως το ραντάρ TOF. Το TOF χρησιμοποιεί παλμική δειγματοληψία λέιζερ και μπορεί αυστηρά να ελέγξει το οπτικό πεδίο για να μειώσει την επίδραση του φωτός περιβάλλοντος. Αυτές είναι οι προϋποθέσεις για τη μέτρηση μεγάλων αποστάσεων.
Φυσικά, η απόσταση δεν σημαίνει απόλυτη ποιότητα, εξαρτάται από τα συγκεκριμένα σενάρια χρήσης.
Ρυθμός δειγματοληψίας
Όταν το Lidar απεικονίζει το περιβάλλον, βγάζει μια εικόνα σημείου νέφους. Ο αριθμός των μετρήσεων σημείου νέφους που μπορούν να ολοκληρωθούν ανά δευτερόλεπτο είναι ο ρυθμός δειγματοληψίας. Στην περίπτωση σταθερής ταχύτητας, ο ρυθμός δειγματοληψίας καθορίζει τον αριθμό των σημειακών νεφών σε κάθε πλαίσιο εικόνας και τη γωνιακή ανάλυση των σημειακών νεφών. Όσο υψηλότερη είναι η γωνιακή ανάλυση και όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των σημειακών νεφών, τόσο πιο λεπτομερής η εικόνα απεικονίζει το περιβάλλον περιβάλλον.
Όσον αφορά τα προϊόντα στην αγορά, ο ρυθμός δειγματοληψίας του ραντάρ τριγωνισμού είναι γενικά κάτω από 20k, ενώ το ραντάρ TOF μπορεί να επιτύχει υψηλότερο (για παράδειγμα, το ραντάρ TOF αστέρι-δεύτερου PAVO μπορεί να φτάσει σε ρυθμό δειγματοληψίας έως και 100k ). Ο λόγος είναι ότι το TOF χρειάζεται μόνο έναν παλμό φωτός για να ολοκληρώσει μια μέτρηση και η ανάλυση σε πραγματικό χρόνο μπορεί επίσης να ανταποκριθεί γρήγορα. Αλλά τρία
Προς το
Η διαδικασία υπολογισμού που απαιτείται για το γωνιακό ραντάρ είναι μεγαλύτερη.
Σχήμα 4. Εφέ απεικόνισης διαφορετικών ποσοστών δειγματοληψίας για αντικείμενα στην ίδια θέση
(A): Χαμηλό μοτίβο νέφους σημείου δειγματοληψίας. (B): Σχέδιο νέφους σημείου υψηλού ρυθμού δειγματοληψίας (PAVO)
Ακρίβεια
Το Lidar είναι ουσιαστικά μια συσκευή μέτρησης απόστασης, επομένως η ακρίβεια της μέτρησης απόστασης είναι αναμφίβολα ο βασικός δείκτης. Σε αυτό το σημείο, η ακρίβεια της τριγωνομετρίας είναι πολύ υψηλή σε κοντινές αποστάσεις, αλλά καθώς η απόσταση γίνεται όλο και πιο μακριά, η ακρίβεια της μέτρησής της θα γίνει χειρότερη και χειρότερη. Αυτό συμβαίνει επειδή η μέτρηση της τριγωνομετρίας σχετίζεται με τη γωνία, και με την αύξηση της απόστασης, η διαφορά γωνίας θα γίνει μικρότερη και μικρότερη. Επομένως, το τριγωνικό ραντάρ χρησιμοποιεί συνήθως ποσοστιαία σήμανση κατά τη σήμανση της ακρίβειας (κοινή όπως 1%), τότε το μέγιστο σφάλμα σε απόσταση 20m είναι 20cm. Το ραντάρ TOF βασίζεται στον χρόνο πτήσης και η ακρίβεια της μέτρησης του χρόνου δεν αλλάζει σημαντικά με την αύξηση του μήκους. Επομένως, τα περισσότερα ραντάρ TOF μπορούν να διατηρήσουν μια ακρίβεια αρκετών εκατοστών σε μια περιοχή μέτρησης δεκάδων μέτρων.
Ταχύτητα (ρυθμός καρέ)
Στο μηχανικό ραντάρ, ο ρυθμός καρέ εικόνας καθορίζεται από την ταχύτητα του κινητήρα. Όσον αφορά το δισδιάστατο lidar που διατίθεται σήμερα στην αγορά, η μέγιστη ταχύτητα του τριγωνικού ραντάρ είναι συνήθως κάτω από 20Hz, ενώ το ραντάρ TOF μπορεί να επιτύχει περίπου 30Hz-50Hz. Γενικά, το τριγωνικό ραντάρ υιοθετεί συνήθως τη δομή των άνω και κάτω διαχωρισμένων σωμάτων, δηλαδή, το άνω μέρος είναι υπεύθυνο για την εκπομπή, τη λήψη και τη συλλογή λέιζερ, και το κάτω μέρος είναι υπεύθυνο για την οδήγηση με κινητήρα και την τροφοδοσία. Τα υπερβολικά βαριά εξαρτήματα κίνησης περιορίζουν την υψηλότερη ταχύτητα. Το ραντάρ TOF συνήθως υιοθετεί μια ενσωματωμένη ημι-στερεή δομή και ο κινητήρας χρειάζεται μόνο να οδηγήσει τον καθρέφτη, οπότε η κατανάλωση ισχύος του κινητήρα είναι μικρή και η ταχύτητα που μπορεί να υποστηριχθεί είναι επίσης υψηλότερη.
Φυσικά, η διαφορά ταχύτητας που αναφέρεται εδώ είναι απλώς μια αντικειμενική ανάλυση των υπαρχόντων προϊόντων. Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει ουσιαστική σύνδεση μεταξύ της ταχύτητας και του ραντάρ που υιοθετεί το TOF ή τη μέθοδο τριγωνισμού. Το mainstream multi-line TOF ραντάρ υιοθετεί επίσης την άνω και κάτω δομή split. Σε τελική ανάλυση, ο οπτικός σχεδιασμός της ομοαξονικής δομής υπόκειται σε πολλούς περιορισμούς. Η ταχύτητα του ραντάρ TOF πολλαπλών γραμμών είναι γενικά κάτω από 20 Hz.
Ωστόσο, η υψηλή ταχύτητα (ή ο υψηλός ρυθμός καρέ) έχει νόημα για την απεικόνιση σημείου νέφους. Ο υψηλός ρυθμός καρέ είναι πιο ευνοϊκός για τη σύλληψη κινούμενων αντικειμένων υψηλής ταχύτητας, όπως τα οχήματα που οδηγούν σε αυτοκινητόδρομους. Επιπλέον, κατά τη δημιουργία ενός χάρτη από μόνο του, ο κινούμενος χάρτης ραντάρ θα παραμορφωθεί (για παράδειγμα, εάν ένα σταθερό ραντάρ σαρώνει έναν κύκλο ως κύκλο, τότε όταν το ραντάρ κινείται σε ευθεία γραμμή, η σαρωμένη εικόνα γίνεται έλλειψη). Προφανώς, η υψηλή ταχύτητα μπορεί να μειώσει καλύτερα την επίδραση αυτού του είδους παραμόρφωσης.
3. Κόστος
Αν κοιτάξετε μόνο τη σύγκριση απόδοσης, φαίνεται ότι η απόδοση του ραντάρ TOF κατακλύζει εντελώς το τριγωνικό ραντάρ. Ωστόσο, ο ανταγωνισμός προϊόντων δεν είναι απλώς ένας ανταγωνισμός παραμέτρων απόδοσης, οι χρήστες ενδιαφέρονται επίσης για την τιμή, τη σταθερότητα και την εξυπηρέτηση.
Τουλάχιστον όσον αφορά το κόστος, το τρέχον κόστος των τριγωνικών ραντάρ είναι χαμηλότερο από αυτό του ραντάρ TOF και το κόστος των τριγωνικών ραντάρ μικρής εμβέλειας είναι ήδη στο επίπεδο των 100 γιουάν. Προς το παρόν, η τιμή του εισαγόμενου ραντάρ TOF είναι πάνω από 10.000 γιουάν. Μπορούμε να πούμε ότι η υψηλή τιμή είναι ένας σημαντικός παράγοντας που περιορίζει την περαιτέρω επέκταση των εφαρμογών TOF lidar.
Ωστόσο, με την αύξηση των εγχώριων κατασκευαστών ραντάρ TOF τα τελευταία χρόνια, το κόστος του ραντάρ TOF έχει μειωθεί σημαντικά. Σε σύγκριση με τις εισαγόμενες μάρκες, η τιμή των εγχώριων προϊόντων ραντάρ TOF έχει γίνει αρκετά ανταγωνιστική. Στο μέλλον, με τη βελτίωση της τεχνολογίας παραγωγής και την περαιτέρω αύξηση των αποστολών, πιστεύεται ότι το κόστος του ραντάρ TOF θα συμπιεστεί περαιτέρω και δεν είναι αδύνατο να μειωθεί σε επίπεδο παρόμοιο με αυτό του τριγωνικού ραντάρ.
Τέσσερα, σενάρια εφαρμογής
Η σκηνή του τριγωνικού ραντάρ χρησιμοποιείται κυρίως σε εσωτερικές εφαρμογές μικρών αποστάσεων και η πιο χαρακτηριστική σκηνή είναι το ρομπότ σάρωσης. Σε σκηνές με μεγάλο εύρος ανίχνευσης (όπως εμπορικά κέντρα, αεροδρόμια ή σταθμούς), καθώς και υπαίθριες σκηνές, το TOF χρησιμοποιείται ευρύτερα. Επιπλέον, αξίζει να αναφερθεί ότι το ραντάρ δέλτα, το οποίο εκτίθεται και περιστρέφεται, καθιστά τα προϊόντα του πολύ εύθραυστα όσον αφορά τη σκόνη και την αντοχή στο νερό. Σε ορισμένες ειδικές εφαρμογές, όπως το συνεργείο όπου λειτουργεί το αυτοκίνητο AVG, υπάρχει συχνά πολλή σκόνη. Στο περιβάλλον, ο κινητήρας του ραντάρ τριγώνου είναι πολύ εύκολο να καταστραφεί. Αντίθετα, ο ημι-συμπαγής σχεδιασμός που υιοθετήθηκε από το ραντάρ TOF μπορεί να προσφέρει καλύτερη προστασία και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.
Σχήμα 5. Πλαίσιο TOF αστεριού-δεύτερου
Προς το παρόν, το εγχώριο ραντάρ TOF αναπτύσσεται ραγδαία. Ο 2D σαρωτής λέιζερ ασφαλείας που κυκλοφόρησε η cyndar μπορεί να φτάσει σε απόσταση μέτρησης 20 m, ένα σημείο νέφους 100 kHz, μια μέγιστη γωνιακή ανάλυση 0,036 ° και ένα επίπεδο προστασίας IP65. Η εφαρμογή του έχει εμπλακεί Η μη επανδρωμένη οδήγηση, η ρομποτική, η AGV, η ασφάλεια, η οδική διαχείριση και πολλά άλλα πεδία είναι εξαιρετικοί εκπρόσωποι του ραντάρ TOF της Κίνας&# 39.
