Lidarning eng qadimgi ta'rifi LIDAR, inglizcha - yorug'lik detoni va Ranging, xitoycha" yorug'likni aniqlash va o'zgaruvchan"
Aslida, aniqroq ta'rif LADAR: LAser DetecTIon va Ranging, ya'ni" lazer yordamida aniqlash va" Bu 2004 yilda taklif qilingan, bu lidar kontseptsiyasiga ko'proq mos keladi.
Lidar aslida optik tarmoqli (maxsus tasma) ishlaydigan radarning bir turi bo'lib, uning afzalliklari aniq:
1. Juda yuqori piksellar soni: Lidar optik diapazonda ishlaydi va chastota mikroto'lqinlarga nisbatan 2-3 dan yuqori. Shuning uchun, mikroto'lqinli radarlar bilan taqqoslaganda, lidar juda yuqori diapazonga ega, burchak o'lchamlari va tezlik o'lchamlari
2. Kuchli shovqinlarga qarshi qobiliyat: lazer to'lqin uzunligi qisqa, u juda kichik tafovut burchagi bilan lazer nurini chiqarishi mumkin (mradning buyrug'i bo'yicha), ko'p yo'nalishli effekt kichik (yo'naltirilgan emissiya hosil qilmaydi va hosil bo'lmaydi) mikroto'lqinli yoki millimetrli to'lqin bilan ko'p yo'nalishli effektlar), aniqlanadigan past balandlik / ultra past balandlikdagi nishonlar;
3. Olingan ma'lumotlar miqdori boy: maqsadning masofasi, burchagi, ko'zgu intensivligi, tezligi va boshqa ma'lumotlar to'g'ridan-to'g'ri maqsadning ko'p o'lchovli tasvirini yaratish uchun olinishi mumkin;
4. Kun bo'yi ishlashi mumkin: lazerni faol aniqlash tashqi yoritish sharoitiga yoki nishonning o'zi radiatsion xususiyatlariga bog'liq emas. U faqat o'z lazer nurini chiqarishi va chiqarilayotgan lazer nurining echo signalini aniqlab, maqsadli ma'lumotlarni olishi kerak.
Ammo lidarning eng katta kamchiligi shundaki, u osongina atmosfera sharoiti va ish muhitidan tutun ta'sir qiladi. Ob-havo sharoitida ishlaydigan muhitga erishish juda qiyin.
Lidar tasnifi
Agar lidarni tasniflash tizimlarga bo'linadigan bo'lsa, asosan to'g'ridan-to'g'ri aniqlanadigan lidar va kogerent detektorli lidar mavjud. Aslida, biz hozir aytib o'tgan narsalar, shu jumladan suratga olish va xaritalash uchun ishlatiladigan avtomatik haydash, robotlar va qopqoq, bu to'g'ridan-to'g'ri aniqlanadigan lidar turiga tegishli. Shamolni o'lchash va tezlikni o'lchash kabi ba'zi maxsus radarlar odatda kogerent tizimdan foydalanadilar. Agar lidarni tasniflash tizimlarga bo'linadigan bo'lsa, asosan to'g'ridan-to'g'ri aniqlanadigan lidar va kogerent detektorli lidar mavjud. Aslida, biz hozir aytib o'tgan narsalar, shu jumladan suratga olish va xaritalash uchun ishlatiladigan avtomatik haydash, robotlar va qopqoq, bu to'g'ridan-to'g'ri aniqlanadigan lidar turiga tegishli. Shamolni o'lchash va tezlikni o'lchash kabi ba'zi maxsus radarlar odatda kogerent tizimdan foydalanadilar.
Ilovalar tasnifiga ko'ra biz ko'proq narsani ajratishimiz mumkin: lazer diapazoni, lazerli uch o'lchovli ko'rish radarlari, lazer tezligini o'lchash radarlari, lazer atmosferani aniqlash radarlari va boshqalar.
Bir qatorli lidar bo'ladimi, ko'p qatorli lidarmi yoki suratga olish lidar bo'ladimi, biz uni lazerli uch o'lchovli ko'rish radarlari toifasiga ajratishimiz mumkin.
Lazerli uch o'lchovli tasvirlash radarlari, aslida, ikkita yadro ma'lumotini olish kerak: maqsad masofa ma'lumotlari va maqsad burchakka oid ma'lumotlar.
Agar biz uning uch o'lchovli o'tirish me'yorini aniqlasak, biz uning masofasi, azimut va ohang burchagi to'g'risidagi ma'lumotni olishimiz kerak. Keyin masofa, azimut burchagi va ohang burchagi haqidagi uchta ma'lumotga asoslanib, maqsadning uch o'lchovli koordinata nuqtasini hisoblaymiz.
Umuman olganda, kodlagichni o'lchash orqali burchak ma'lumotlarini olish texnikasi juda etuk. Qopqoqlarning masofa ma'lumotlarini qanday olish haqida ko'proq qayg'uramiz.
Lazerli uch o'lchovli tasvir radarlari maqsadning uch o'lchovli nuqtali bulutli ma'lumotlarini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash va to'g'ridan-to'g'ri burchakni o'lchash texnologiyasi orqali olishlari mumkin va olingan ma'lumotlar o'zi uch o'lchovli ma'lumotlardir. Maqsadli uch o'lchovli tasvirni yaratish uchun ko'p miqdordagi hisoblash va ishlov berishni talab qilmaydi va lazerni o'lchash juda yuqori aniqlikka ega.
Shuning uchun lazerli uch o'lchovli tasvir radarlari hozirgi vaqtda uch o'lchovli sahnalarning keng diapazonini tasvirlarini olish imkoniyatiga ega bo'lgan eng samarali sensordir va ayni paytda uch o'lchovli sahnalarning eng yuqori aniqligini olishga qodir sensordir.
A
Lazerni o'lchash usuli
Hozirgi kunda biz ko'rishimiz mumkin bo'lgan masofani o'lchash usullarini keng toifalarga bo'lish mumkin: parvoz vaqtining lazer usuli (TIme of Fly, TOF) va triangulyatsiya usuli.
Parvoz vaqtini lazer bilan o'tkazish usulini ikki toifaga bo'lish mumkin, biri zarba modulyatsiyasi (yurak urish tezligini o'zgartirish texnologiyasi), ikkinchisi lazer uzluksiz to'lqin intensivligi modulyatsiyasining fazali modulyatsiyasi bo'lib, fazalar farqi orqali masofa ma'lumotlarini o'lchaydi.
Biz bozorda ko'rishimiz mumkin bo'lgan diapazonlar yoki bir qatorli va ko'p qatorli qopqoqchalar, asosan, uch xil usuldan foydalanadilar.
A
Lazer pulsini o'lchash texnologiyasi
Lazer pulsini o'lchash texnologiyasining printsipi juda sodda: lazer pulsining radar va nishon o'rtasida uchish vaqtini o'lchab, maqsad haqida masofa haqidagi ma'lumotni oling. Bu erda benchmark ishlatiladi, ya'ni yorug'lik tezligi. Barcha o'lchovlar ma'lumotlar bazasiga ega bo'lishi kerak. Lazer uchun ikkita ma'lumotlar bazasi mavjud: tezlik va chastota (ikkita aniq ma'lumotlar), chunki TOF uchun ishlatiladigan ma'lumotlar lazerning parvoz tezligi.
Yuqorida sanab o'tilgan uchta usul orasida, menimcha, eng qiyin texnik muammo bu pulsni o'lchash usuli. Ammo uning afzalliklari aniq: o'lchash tezligi juda tez. O'lchov eng yuqori qiymatga ega lazer tomonidan bajarilganligi sababli, uning siqilishiga qarshi qobiliyati juda kuchli.
Kamchilik shundaki, o'lchash piksellar sonini yaxshilash juda qiyin va aniqlash davri qiyin. Masalan, agar biz fazalarni o'lchash uchun 1,5 millimetrlik o'lchamlarga erishishni istasak, vaqtni o'tkazish qobiliyatini 100 g ga teng bo'lgan 10 ta pikosekundga tenglashtirishimiz kerak. Bu juda qiyin texnik.
A
Lazer fazalarini o'lchash
Umumiy qo'lda lazer diapazonini topuvchisi kabi lazer fazalarini o'lchash fazalarni o'lchash usulidan foydalanadi. Asosan masofa haqidagi ma'lumotni radar va nishon o'rtasida oldinga va orqaga uchib boradigan intensivlik modulyatsiyalangan doimiy to'lqin lazer signalidan hosil bo'lgan o'zgarishlar farqini o'lchash orqali oladi.
Ushbu texnologiyaning eng katta ustunligi: diapazoni aniqligi juda yuqori. Hozirgi vaqtda umumiy bozorda fazalar diapazoni qidiruvchisi millimetr darajasida echimga erishishi mumkin.
Kamchilik shundaki, o'lchash tezligi yurak urish tezligiga qaraganda sekinroq. Axir, biz kamida o'nlab yoki hatto yuzlab tsikllarni farqlashimiz kerak. Aslida, bu uning o'lchash vaqtini fazada uzaytirishga teng, keyin uning o'lchash tezligi nisbatan past. Bundan tashqari, uning o'lchov aniqligi maqsadli shakl harakatiga nisbatan sezgirdir. Agar o'lchagan yorug'lik nuqtasida, ikkita maqsad tandemda bo'lsa, u aniq aniqlangan ma'lumot oldingi maqsadli ma'lumot yoki keyingi maqsad to'g'risidagi ma'lumot emas, balki ikki maqsad orasidagi masofaning o'rtacha ko'rsatkichidir.
Ammo yurak urish tezligini o'lchashda bunday ma'lumotni ajratish juda oson. Masalan, lazer pulsi uchun, agar biz 10 nanosaniyadagi impuls kengligiga erisha olsak, unda bir nechta aks-sado bilan 30 santimetrni old tomondan orqa tomonga ajratib olishimiz mumkin.
Ushbu usulni fazalarni o'lchashda ajratish qiyin. Chunki o'lchash jarayonida uning vaqti uzoqroq bo'ladi va maqsadli harakat orqali olingan masofa to'g'risidagi ma'lumotlar o'lchanadigan qiymatga kiritiladi. Aslida, u real vaqtda ma'lumot emas, balki o'rtacha masofa ma'lumotlarini o'lchaydi. Ammo lazer pulsini o'lchash haqiqatan ham hozirgi holat haqida ma'lumotdir.
Shu sababli, transport vositalari yoki robotlar uchun qopqoq ko'pincha fazalarni o'lchash texnologiyasi o'rniga lazer pulslarini o'lchash texnologiyasidan foydalanadi.
A
Triangulyatsiya
Triangulyatsiya masofasini o'lchash - bu kameradagi lazer nurlanish nuqtasini ko'rish orqali masofa ma'lumotlarini olish. Triangulyatsiya usulining eng katta afzalligi shundaki, texnik qiyinchilik past, xarajat ham juda past va yaqin masofada masofani bosib o'tishning aniqligi ham juda yuqori. Masalan, sanoat maqsadlarida foydalanish 100 mikrongacha aniqlikka erishishi mumkin.
Ammo ahvolga tushib qolish shundaki, masofaning oshishi bilan uning aniqligi asta-sekin yomonlashadi va asosan pulsning o'zgarishi va fazalar oralig'i bilan taqqoslanmaydi.
Yana bir nuqta, CMOS kamerasi sinxron ravishda yoritish uchun doimiy lazerdan foydalanishi kerak, chunki uning o'rtacha kuchi nisbatan past va uning shovqinlarga qarshi qobiliyati juda kuchli bo'ladi. Ushbu o'lchash usuli odatda yopiq yopiq ish uchun javob beradi, lekin tashqi yorug'lik fonida yoki yopiq parlama fonida ishlash uchun mos emas.
Uchburchak masofani o'lchash robotlar kabi kam ishlash talablariga ega sahnalar uchun ko'proq mos keladi. Nisbatan yuqori xarajat va texnik qiyinchiliklarga qo'shimcha ravishda, yurak urish tezligi boshqa jihatlarda ham juda yaxshi ko'rsatkichlarga ega. Albatta, uning o'lchash aniqligi fazani o'lchash darajasiga qaraganda bir oz past bo'ladi. Ammo bunday aniqlik, mavjud texnologiyalarga ko'ra, biz asosan masofani o'lchash aniqligiga asosan santimetr yoki hatto bir necha millimetrga yeta olamiz, bu asosan ko'p hollarda bizning foydalanish talablariga javob beradi.
Bizning asosiy yo'nalishimiz bitta qatorli radarlarni, shu jumladan ko'p qatorli radarlarni bajarish uchun pulslardan foydalanish.
A
Bir qatorli lidar nima
Bir qatorli lidar aslida yuqori chastotali pulsatsiyalovchi lazer diapazoni, shuningdek bir o'lchovli aylanish tekshiruvi. Bir qatorli qopqoqning xususiyatlari:
1. Uzatilishning faqat bitta usuli va qabul qilishning bir usuli bor, struktura nisbatan sodda va ulardan foydalanish oson;
2. Yuqori skanerlash tezligi va yuqori burchak o'lchamlari;
3. Kam hajm, og'irlik va quvvat sarfi;
4. Yuqori ishonchlilik;
5. Kam xarajat;
A
Bir qatorli qopqoq nima qilishi mumkin?
Avtonom haydash sohasida biz asosan ko'p chiziqli lidar, bitta chiziqli lazerni ko'ramiz
Radar nima qila oladi?
Yuqoridagi rasmda ko'rsatilgandek, Amerika Qo'shma Shtatlaridagi DARPA Autopilot Challenge-da qatnashgan birinchi avtomobil 2005 yilda Stanford nomli Stenford avtomobili. O'sha yili chempionlikni qo'lga kiritgan mashina. Ikkinchisi - Karnegi Mellon universitetidan kelgan mashina.
O'sha paytda ular asosan bitta chiziqli qopqoqlardan foydalanishgan. Ayniqsa Stenford universiteti raqobatdosh avtoulovi uchun yuqorida beshta lidar o'rnatilgan, biz uni ko'p chiziqli lidarning asoschisi deb o'ylashimiz mumkin, lekin ko'p qatorli lidar funktsiyasiga erishish uchun beshta bitta chiziqli qopqoqlardan foydalaniladi.
Velodyne 2007 yilda 64 qatorli lidarni ishga tushirgandan so'ng, o'z-o'zini boshqaradigan ko'plab transport vositalari asosan Velodin mahsulotlarini ishlatishdi. Ammo bu bitta chiziqli lidarning yordamchi yoki avtonom haydashda bozori yo'qligini anglatadimi? Men' bunday deb o'ylamayman. Bir qatorli lidar o'ziga xos xususiyatlarga ega bo'lganligi sababli, masalan, ko'p chiziqli qopqoqning yuqori takrorlash tezligi va yuqori burchak o'lchamlari bilan bir xil texnik ko'rsatkichlarga erishish qiyin. Piyodalarni aniqlash, to'siqlarni aniqlash (kichik nishonni aniqlash) va oldingi to'siqlarni aniqlash nuqtai nazaridan, bitta chiziqli lazerlar ko'p chiziqli qopqoqlarga nisbatan juda ko'p afzalliklarga ega, chunki bitta chiziqli lazer radarlari ko'p chiziqli qopqoqlarga qaraganda yuqori burchakka ega. Bu kichik narsalar yoki piyodalarni aniqlashda juda foydali. Ushbu texnologiya aqlli robotlar va xizmat ko'rsatish robotlarida juda foydali va bu ham issiq maydon.
Ko'p odamlar savol berishlari mumkin, nega kamera o'rniga chiziqlarni aniqlash uchun lidardan foydalaning.' ADAS algoritmi juda etuk emasmi? Nega men lidardan foydalanishim kerak?
Buning sababi kamera, ayniqsa fon yorug'ligi yoki kuchli yorug'lik shovqini. Masalan, biz daraxtlar bilan bezatilgan xiyobonda yurganimizda, agar daraxtlarning soyalari dog'larga tushib qolsa va keyin oq chiziqlar bilan birlashsa, bo'lak chiziqlarini tanib olish juda qiyin va tanib olish ehtimoli murakkab yoritish ostida yoki kuchli yorug'lik sharoitlari. Uni aniqlash ehtimoli juda past va algoritm juda murakkab.
Xo'sh, bo'laklarni aniqlash uchun lidardan foydalanishning qanday foydalari bor? Birinchidan, biz infraqizil nurli lazerlardan foydalanmoqdamiz, ular infraqizil tasmada ko'rinadigan nurlarga qaraganda ancha past nurlanishga ega. Ikkinchidan, to'g'ridan-to'g'ri kuchli fon yorug'ligini filtrlash uchun juda tor filtr qo'shamiz. Keyin uni aniqlash uchun infraqizil nurdan foydalanamiz. Shu tarzda, biz bo'lak chizig'ining yuqori sifatli tasvirini olishimiz mumkin va tasvirning kulrang rangi orqali chiziq chizig'ini aniqlash juda oson. Boshqacha qilib aytganda, chiziqni aniqlash uchun lidar yordamida uning ishlashi kameradan yuqori bo'ladi.
Yordamchi haydashda bitta chiziqli lidarning qo'llanilishi piyodalarni aniqlashdir. Aslida, bu asosan avtomobil to'qnashuvining oldini olishga o'xshash oldinga yo'naltirilgan to'qnashuvning oldini olish dasturi. Bir qatorli qopqoqning burchak o'lchamlari ko'p chiziqli qopqoqnikidan yuqori bo'lishi mumkinligi sababli, piyodalar ko'proq masofadan turib aniqlanishi mumkin, bu esa boshqarish tizimi yoki haydovchiga ko'proq ogohlantirish vaqtini qoldiradi.
