Koje su prednosti i nedostaci? Analiza triangulacije i TOF lidara!
Kao glavni senzor mnogih pametnih uređaja, lidar se široko koristi. Danas često možemo vidjeti lidar u bespilotnim vozilima, servisnim robotima, AGV viličarima, inteligentnoj administraciji i prijevozu na cestama i automatiziranim proizvodnim linijama, što je dovoljno da pokaže njegovu nezamjenjivu poziciju u lancu industrije umjetne inteligencije.
Što se tiče glavnih lidarskih proizvoda na tržištu, radari koji se koriste za otkrivanje okoliša i izradu karata mogu se približno podijeliti u dvije kategorije prema tehničkim rutama. Jedan je radar TOF (Vrijeme leta), a drugi je radar trokutastog dometa. Vjerujem da su mnogi ljudi upoznati s ova dva pojma, ali ako želite reći jesu li ta dva rješenja bolja ili lošija u smislu principa, performansi, troškova i primjene, kao i razloga koji stoje iza njih, možda svi imaju više ili više manje. Sumnjam. Danas će urednik dati neke prijedloge i analizirati ta pitanja.
1. Princip
Princip metode triangulacije prikazan je na donjoj slici. Laser emituje lasersku svetlost. Nakon zračenja objekta, reflektiranu svjetlost prima linearni CCD. Budući da su laser i detektor odvojeni određenom udaljenostom, na CCD-u će se slikati objekti na različitim udaljenostima prema optičkoj putanji. Različite lokacije. Računajući prema trigonometrijskoj formuli, može se izvesti udaljenost izmjerenog objekta.
Pogledajte samo princip, mislite li da je&# 39 vrlo jednostavan?
Slika 1. Princip raspona triangulacije
Međutim, princip TOF-a je jednostavniji. Kao što je prikazano na slici 2, laser emitira laserski impuls, a vrijeme emisije bilježi tajmer, povratno svjetlo prima prijemnik, a vrijeme povratka tajmer. Dva puta se oduzimaju da bi se dobio&"vrijeme leta GG"; svjetlosti, a brzina svjetlosti je konstantna, tako da se udaljenost može lako izračunati nakon što su poznati brzina i vrijeme.
Slika 2. TOF princip rangiranja
Šteta je što će svijet biti prekrasan ako je sve jednostavno poput pamćenja. Ove dvije sheme imat će vlastite izazove u konkretnoj provedbi, ali u usporedbi s tim, TOF očito ima više poteškoća za prevladavanje.
Glavne poteškoće u realizaciji TOF radara su:
Prvo je pitanje vremena. U TOF shemi, mjerenje udaljenosti ovisi o mjerenju vremena. Ali brzina svjetlosti je prebrza, pa za postizanje precizne udaljenosti zahtjevi za vremenskim sistemom postaju vrlo visoki. Jedan podatak je da lidar treba izmjeriti udaljenost od 1 cm, a odgovarajući vremenski raspon je oko 65ps. Studenti koji su malo upoznati sa električnim karakteristikama trebali bi znati što ovo znači iza sistema kola.
Druga je obrada impulsnih signala. Postoje dva dijela:
Jedan je laser: u delta radaru gotovo da nema potrebe za laserskom vožnjom. Budući da mjerenje ovisi o položaju laserskog odjeka, potrebno je emitirati samo jedno neprekidno svjetlo. Ali TOF ne radi. Ne samo da mu je potreban impulsni laser, već i kvaliteta nije loša. Trenutno je širina impulsa odlazećeg svjetla TOF-ovog radara oko nekoliko nanosekundi, a uspon mora biti što brži. Stoga, shema laserskog pogona svakog proizvoda Postoje i visoke i niske točke.
Drugi je prijemnik. Uopšteno govoreći, identifikacija vremena odjeka zapravo je vremenska identifikacija uzlazne ivice. Zbog toga je prilikom obrade eho signala potrebno osigurati da signal ne bude izobličen što je više moguće. Uz to, čak i ako signal nije izobličen, budući da eho signal ne može biti idealan kvadratni talas, mjerenje različitih objekata na istoj udaljenosti također će uzrokovati promjenu prednjeg ruba. Na primjer, mjerenjem bijelog papira i crnog papira u istom položaju mogu se dobiti dva eho signala kao što je prikazano na donjoj slici, a sistem za mjerenje vremena mora mjeriti da su dvije prednje ivice istovremeno (jer je udaljenost ista udaljenost), što zahtijeva poseban tretman.
Slika 3. Razlika eho signala sa različitom reflektivnošću
Uz to, prihvatni kraj također se suočava s problemima poput zasićenja signala i obrade poda šuma, što se može reći da je teško.
Drugo, izvedba PK, znajući razlog, znajući zašto?
Rekavši da, zapravo, sa stanovišta daljnjih korisnika, vama&# 39 nije važno da li je to lako ili teško implementirati. Korisnike ne zanimaju više od dvije točke: performanse i cijena. Prvo da razgovaram o performansama. Ako većina ljudi koji poznaju ovu industriju znaju da je TOF radar po performansama bolji od radara s trokutom. Ali koji su specifični aspekti i razlozi za to?
Mjerenje udaljenosti
U principu, TOF radar može mjeriti veće udaljenosti. U stvari, u nekim prilikama koje zahtijevaju mjerenje udaljenosti, poput primjene automobila bez vozača, gotovo svi TOF radari. Postoji nekoliko razloga zbog kojih triangulacijski radar ne može mjeriti daleko. Prvo, u principu je ograničen. U stvari, nije teško pažljivo promatrati sliku 1. Što je objekt udaljeniji od radara za triangulaciju, to je razlika u položaju na CCD-u manja. Nakon prelaska određene udaljenosti, CCD teško može razlikovati. Druga je da trokutasti radar ne može dobiti veći omjer signala i šuma poput TOF radara. TOF koristi impulsno lasersko uzorkovanje i može strogo kontrolirati vidno polje kako bi smanjio utjecaj ambijentalne svjetlosti. To su preduvjeti za mjerenje na daljinu.
Naravno, udaljenost ne znači apsolutni kvalitet, ona ovisi o određenim scenarijima korištenja.
Stopa uzorkovanja
Kada Lidar prikazuje okolinu, on daje sliku oblaka tačaka. Broj mjerenja oblaka točaka koje se mogu izvršiti u sekundi je stopa uzorkovanja. U slučaju fiksne brzine, brzina uzorkovanja određuje broj oblaka tačaka u svakom okviru slike i ugaonu rezoluciju oblaka tačaka. Što je veća kutna rezolucija i što je veći broj oblaka točaka, to detaljnija slika prikazuje okolinu.
Što se tiče proizvoda na tržištu, brzina uzorkovanja triangulacijskog radara je obično ispod 20k, dok TOF radar može postići i više (na primjer, zvijezda-drugi TOF radar PAVO može postići brzinu uzorkovanja do 100k ). Razlog je taj što TOF-u treba samo jedan svjetlosni impuls da bi dovršio mjerenje, a analiza u stvarnom vremenu također može brzo reagirati. Ali tri
To
Proces proračuna potreban za kutni radar je duži.
Slika 4. Efekti snimanja različitih brzina uzorkovanja za objekte na istoj lokaciji
(A): Uzorak oblaka tačaka niske stope uzorkovanja; (B): Uzorak oblaka tačaka visoke stope uzorkovanja (PAVO)
Preciznost
Lidar je u osnovi uređaj za mjerenje udaljenosti, pa je tačnost mjerenja daljine nesumnjivo glavni pokazatelj. U ovom trenutku tačnost trigonometrije je vrlo velika na bliskim udaljenostima, ali kako se udaljenost sve više udaljava, tačnost njenog mjerenja postajat će sve gora i gora. To je zato što je mjerenje trigonometrije povezano s kutom, a s povećanjem udaljenosti razlika u kutovima postat će sve manja i manja. Stoga, trokutasti radar obično koristi postotak označavanja prilikom preciznosti označavanja (uobičajeno kao što je 1%), tada je maksimalna pogreška na udaljenosti od 20 m 20 cm. TOAR radar oslanja se na vrijeme leta, a tačnost mjerenja vremena ne mijenja se značajno s povećanjem duljine. Stoga većina TOF-ovih radara može održavati preciznost od nekoliko centimetara u opsegu mjerenja od desetina metara.
Brzina (brzina kadrova)
U mehaničkom radaru, brzina kadra slike određuje se brzinom motora. Što se tiče dvodimenzionalnog lidara koji je trenutno na tržištu, maksimalna brzina trokutastog radara obično je ispod 20Hz, dok TOF radar može postići oko 30Hz-50Hz. Općenito, trokutasti radar obično usvaja strukturu gornjeg i donjeg podijeljenog tijela, tj. Gornji dio je odgovoran za lasersku emisiju, prijem i sakupljanje, a donji dio odgovoran je za pogon motora i napajanje. Prekomjerno teške komponente kretanja ograničavaju veću brzinu. TOF radar obično usvaja integriranu polučvrstu strukturu, a motor treba pokretati samo zrcalo, tako da je potrošnja energije motora mala, a brzina koja se može podržati je također veća.
Naravno, ovdje spomenuta razlika u brzini samo je objektivna analiza postojećih proizvoda. U stvari, ne postoji bitna veza između brzine i radara koji usvaja TOF ili metodu triangulacije. Uobičajeni višelinijski TOF radar također usvaja gornju i donju podijeljenu strukturu. Napokon, optički dizajn koaksijalne strukture podložan je mnogim ograničenjima. Brzina višelinijskog radara TOF je obično ispod 20 Hz.
Međutim, velika brzina (ili velika brzina kadrova) je značajna za snimanje oblaka tačaka. Velika brzina kadrova pogodnija je za hvatanje objekata koji se kreću velikom brzinom, poput vozila koja se voze autoputem. Uz to, prilikom same izrade karte, pomična radarska karta će biti iskrivljena (na primjer, ako stacionarni radar skenira krug kao krug, onda kada se radar pomiče pravocrtno, skenirana slika postaje elipsa). Očito je da velika brzina može bolje smanjiti utjecaj ove vrste izobličenja.
3. Trošak
Ako pogledate samo usporedbu performansi, čini se da performanse TOF-ovog radara u potpunosti nadvladaju trokutasti radar. Međutim, konkurencija proizvoda nije samo konkurencija parametara performansi, korisnici također brinu o cijeni, stabilnosti i usluzi.
Barem u smislu troškova, trenutni trošak trokutastog radara niži je od trofara TOF, a trokutasti radar kratkog dometa već je na razini od 100 juana. Trenutno je cijena uvezenih TOF-ovih radara veća od 10.000 juana. Može se reći da je visoka cijena važan faktor koji ograničava daljnje širenje aplikacija TOF lidar.
Međutim, porastom domaćih proizvođača TOF-ovih radara posljednjih godina, troškovi TOF-ovog radara znatno su smanjeni. U usporedbi s uvoznim brendovima, cijena domaćih TOF-ovih radarskih proizvoda postala je prilično konkurentna. U budućnosti, s poboljšanjem proizvodne tehnologije i daljnjim povećanjem pošiljki, vjeruje se da će se troškovi radara TOF dodatno komprimirati i nije nemoguće spustiti se na razinu sličnu onoj trokutastog radara.
Četiri, scenariji aplikacije
Prizor trokutastog radara uglavnom se koristi u zatvorenim aplikacijama na kratkim udaljenostima, a najtipičniji prizor je robot za pometanje. U scenama sa velikim dometom otkrivanja (kao što su tržni centri, aerodromi ili stanice), kao i na otvorenim scenama, TOF se više koristi. Uz to, vrijedno je spomenuti da delta radar, koji je izložen i rotira, čini svoje proizvode vrlo krhkim u pogledu otpornosti na prašinu i vodu. U nekim posebnim aplikacijama, poput radionice u kojoj radi AVG automobil, često ima puno prašine. U okolišu je motor trokutastog radara vrlo lako oštetiti. Suprotno tome, polučvrsti dizajn koji je usvojio TOF radar može pružiti bolju zaštitu i duži radni vijek.
Slika 5. Drugi TOF lidar sa zvijezdom
Trenutno se domaći TOF radar brzo razvija. 2D sigurnosni laserski skener koji je pokrenuo cyndar može doseći mjernu udaljenost od 20m, brzinu oblaka tačaka od 100kHz, maksimalnu ugaonu rezoluciju od 0,036 ° i nivo zaštite IP65. Njegova primjena bila je uključena u vožnju bez posade, robotiku, AGV, sigurnost, upravljanje cestama i mnoga druga područja izvrsni su predstavnici TOF-ovog radara Kine&# 39.
