Jakie są zalety i wady? Triangulacji i analizy lidar TOF!
Jako główny czujnik wielu inteligentnych urządzeń, lidar jest szeroko stosowany. Dziś często widzimy lidar w pojazdach bezzałogowych, robotach serwisowych, wózkach widłowych AGV, inteligentnej administracji drogowej i transporcie oraz zautomatyzowanych liniach produkcyjnych, co wystarcza, aby pokazać swoją niezbędną pozycję w łańcuchu przemysłu sztucznej inteligencji.
Jeśli chodzi o główne produkty lidarowe dostępne na rynku, radary wykorzystywane do wykrywania środowiska i budowy map można z grubsza podzielić na dwie kategorie zgodnie z drogami technicznymi. Jednym z nich jest TOF (Time of Flight) radar, a drugi jest To trójkątny radar zakres. Uważam, że wiele osób zna te dwa terminy, ale jeśli chcesz powiedzieć, czy te dwa rozwiązania są lepsze lub gorsze pod względem zasady, wydajności, kosztów i zastosowania, a także przyczyn, które za nimi stoją, może każdy ma mniej więcej. Wątpił. Dzisiaj redaktor przedstawi kilka sugestii i przeanalizuje te kwestie.
1. Zasada
Zasada metody triangulacji przedstawiona jest na rysunku poniżej. Laser emituje światło laserowe. Po napromieniowaniu obiektu światło odbite jest odbierane przez liniowy CCD. Ponieważ laser i detektor są oddzielone określoną odległością, obiekty w różnych odległościach będą obrazialne na CCD zgodnie ze ścieżką optyczną. Różne lokalizacje. Obliczając zgodnie ze wzorem trygonometrycznym, można wyprowadzić odległość zmierzonego obiektu.
Wystarczy spojrzeć na zasadę, czy uważasz, że to dość proste?
Rysunek 1. Zasada triangulacji
Zasada TOF jest jednak prostsza. Jak pokazano na rysunku 2, laser emituje impuls laserowy, a czas emisji jest rejestrowany przez czasomierza, światło powrotne jest odbierane przez odbiornik, a czas powrotu jest rejestrowany przez czasomierza. Dwa razy są odejmowane, aby uzyskać "czas lotu" światła, a prędkość światła jest stała, więc odległość można łatwo obliczyć po wiadomo, prędkość i czas.
Rysunek 2. Zasada zakresu TOF
Szkoda, że jeśli wszystko jest tak proste, jak pamiętanie, świat będzie wspaniały. Te dwa systemy będą miały swoje własne wyzwania w konkretnym wdrażaniu, ale w porównaniu z TYM, tof ma oczywiście więcej trudności do pokonania.
Główne trudności w realizacji radaru TOF to:
Pierwszym z nich jest kwestia czasu. W schemacie TOF pomiar odległości zależy od pomiaru czasu. Ale prędkość światła jest zbyt szybka, więc aby uzyskać dokładną odległość, wymagania dotyczące układu rozrządu stają się bardzo wysokie. Jednym z danych jest to, że lidar musi zmierzyć odległość 1 cm, a odpowiedni przedział czasu wynosi około 65ps. Uczniowie, którzy są trochę zaznajomieni z charakterystyką elektryczną, powinni wiedzieć, co to oznacza za układem obwodowym.
Drugim jest przetwarzanie sygnałów impulsowych. Istnieją dwie części:
Jednym z nich jest laser: W radarze delta, prawie nie ma wymogu jazdy laserowej. Ponieważ pomiar zależy od położenia echa laserowego, do emisji wymagane jest tylko jedno ciągłe światło. Ale TOF nie działa. Nie tylko wymaga lasera impulsowego, ale jakość nie jest tak zła. Obecnie szerokość impulsu wychodzącego światła radaru TOF wynosi około kilku nanosekund, a wznosząca się krawędź musi być tak szybka, jak to możliwe. Dlatego schemat jazdy laserowej każdego produktu Istnieją również wysokie i niskie punkty.
Drugi to odbiornik. Ogólnie rzecz biorąc, identyfikacja czasu echa jest w rzeczywistości identyfikacją czasu wznoszącej się krawędzi. Dlatego podczas przetwarzania sygnału echa konieczne jest zapewnienie, że sygnał nie jest zniekształcony w miarę możliwości. Ponadto, nawet jeśli sygnał nie jest zniekształcony, ponieważ sygnał echa nie może być idealną falą kwadratową, pomiar różnych obiektów w tej samej odległości spowoduje również zmianę przedniej krawędzi. Na przykład pomiar białego papieru i czarnego papieru w tej samej pozycji może uzyskać dwa sygnały echa, jak pokazano na poniższym rysunku, a system pomiaru czasu musi zmierzyć, że dwie przednie krawędzie znajdują się w tym samym czasie (ponieważ odległość jest taka sama odległość), co wymaga specjalnego traktowania.
Rysunek 3. Różnica sygnałów echa o różnym współczynniku odbicia
Ponadto, koniec odbiorczy napotyka również problemy, takie jak nasycenie sygnału i przetwarzanie podłogi hałasu, co można uznać za trudne.
Po drugie, wydajność PK, znając powód, wiedząc dlaczego?
Mimo, że, w rzeczywistości, z punktu widzenia dalszych użytkowników, nie obchodzi cię, czy jest to łatwe lub trudne do wdrożenia. Użytkownicy dbają o nic więcej niż dwa punkty: wydajność i cenę. Pozwólcie, że najpierw opowiem o wydajności. Jeśli większość ludzi, którzy znają tę branżę wie, że radar TOF jest lepszy niż trójkąt radar w wydajności. Ale jakie są konkretne aspekty i powody, dla których za tym stoi?
Pomiar odległości
Zasadniczo radar TOF może mierzyć większe odległości. W rzeczywistości, w niektórych przypadkach, które wymagają pomiaru odległości, takich jak aplikacje samochodów bez kierowcy, prawie wszystkie radary TOF. Istnieje kilka powodów, dla których radar triangulacji nie może zmierzyć daleko. Po pierwsze, jest to co do zasady ograniczone. W rzeczywistości nie jest trudno uważnie obserwować rysunek 1. Im dalej obiekt mierzony przez radar triangulacji, tym mniejsza różnica pozycji na CCD. Po przekroczeniu pewnej odległości CCD trudno odróżnić. Po drugie, radar trójkątny nie może uzyskać wyższego stosunku sygnału do szumu, takiego jak radar TOF. TOF wykorzystuje próbkowanie laserowe impulsowe i może ściśle kontrolować pole widzenia, aby zmniejszyć wpływ światła otoczenia. Są to warunki wstępne do pomiaru na duże odległości.
Oczywiście odległość nie oznacza absolutnej jakości, zależy od konkretnych scenariuszy użycia.
Częstotliwość próbkowania
Gdy Lidar przedstawia środowisko, wyprowadza obraz chmury punktów. Liczba pomiarów chmury punktów, które można wykonać na sekundę, jest częstotliwością próbkowania. W przypadku stałej prędkości częstotliwość próbkowania określa liczbę chmur punktów w każdej klatce obrazu i rozdzielczość kątową chmur punktów. Im wyższa rozdzielczość kątowa i większa liczba chmur punktów, tym bardziej szczegółowy obraz przedstawia otaczające środowisko.
Jeśli chodzi o produkty dostępne na rynku, częstotliwość pobierania próbek radaru triangulacji jest na ogół niższa niż 20 k, podczas gdy radar TOF może osiągnąć wyższy (na przykład radar TOF pavo w gwiazdy może osiągnąć częstotliwość pobierania próbek do 100 k). Powodem jest to, że TOF potrzebuje tylko jednego impulsu świetlnego, aby ukończyć pomiar, a analiza w czasie rzeczywistym może również szybko reagować. Ale trzy
Do
Proces obliczania wymagany dla radaru kątowego jest dłuższy.
Rysunek 4. Efekty obrazowania różnych częstotliwość próbkowania obiektów w tym samym miejscu
(A): wzór chmury punktów o niskiej częstotliwości próbkowania; (B): Wzór chmury punktów o wysokiej częstotliwości próbkowania (PAVO)
Precyzji
Lidar jest zasadniczo urządzeniem do pomiaru odległości, więc dokładność pomiaru odległości jest niewątpliwie głównym wskaźnikiem. W tym momencie dokładność trygonometrii jest bardzo wysoka na bliskich odległościach, ale w miarę jak odległość staje się coraz większa, dokładność jej pomiaru będzie coraz gorsza. Dzieje się tak dlatego, że pomiar trygonometrii jest związany z kątem, a wraz z odległością Wzrost, różnica kąta będzie coraz mniejsza. Dlatego radar trójkątny zwykle używa oznaczenia procentowego podczas oznaczania dokładności (często, takich jak 1%), wtedy maksymalny błąd w odległości 20m wynosi 20 cm. Radar TOF opiera się na czasie lotu, a dokładność pomiaru czasu nie zmienia się znacząco wraz ze wzrostem długości. Dlatego większość radarów TOF może utrzymać dokładność kilku centymetrów w zakresie pomiarowym kilkudziesięciu metrów.
Szybkość (liczba klatek na sekundę)
W radarze mechanicznym szybkość odtwarzania obrazu zależy od prędkości silnika. Jeśli chodzi o dwuwymiarowy lidar obecnie na rynku, maksymalna prędkość trójkątnego radaru jest zwykle niższa niż 20Hz, podczas gdy radar TOF może osiągnąć około 30Hz-50Hz. Ogólnie rzecz biorąc, trójkątny radar zwykle przyjmuje strukturę górnych i dolnych podzielonych ciał, to znaczy, że górna część jest odpowiedzialna za emisję lasera, odbiór i odbiór, a dolna część jest odpowiedzialna za napęd silnika i zasilanie. Nadmiernie ciężkie elementy ruchu ograniczają większą prędkość. Radar TOF zwykle przyjmuje zintegrowaną półstałą konstrukcję, a silnik musi tylko napędzać lustro, więc zużycie energii silnika jest niewielkie, a prędkość, która może być podparta, jest również wyższa.
Oczywiście, różnica w prędkości, o których tu mowa, to tylko obiektywna analiza istniejących produktów. W rzeczywistości nie ma istotnego związku między prędkością a radarem przyjmującym TOF lub metodą triangulacji. Główny wieloliniowy radar TOF przyjmuje również górną i dolną strukturę podziału. Po tym wszystkim, optyczna konstrukcja struktury koncentrycznego podlega wielu ograniczeniom. Prędkość wieloliniowego radaru TOF jest na ogół poniżej 20 Hz.
Jednak wysoka prędkość (lub wysoka liczba klatek na sekundę) ma znaczenie dla obrazowania chmury punktów. Wysoka liczba klatek na sekundę sprzyja przechwytywaniu poruszających się obiektów o dużej prędkości, takich jak pojazdy poruszające się po autostradach. Ponadto podczas tworzenia mapy samodzielnie, ruchoma mapa radarowa zostanie zniekształcona (na przykład, jeśli stacjonarny radar skanuje okrąg jako okrąg, to gdy radar porusza się w linii prostej, zeskanowany obraz staje się elipsą). Oczywiście, wysoka prędkość może lepiej zmniejszyć wpływ tego rodzaju zniekształceń.
3. Koszt
Jeśli spojrzysz tylko na porównanie wydajności, wydaje się, że wydajność radaru TOF całkowicie przytłacza trójkątny radar. Jednak konkurencja produktowa to nie tylko konkurencja parametrów wydajności, użytkownicy dbają również o cenę, stabilność i obsługę.
Przynajmniej pod względem kosztów, obecny koszt trójkątnego radaru jest niższy niż radar TOF, a koszt trójkątnego radaru krótkiego zasięgu jest już na poziomie 100 juanów. Obecnie cena importowanego radaru TOF wynosi ponad 10 000 juanów. Można powiedzieć, że wysoka cena jest ważnym czynnikiem ograniczającym dalszą ekspansję zastosowań lidarowych TOF.
Jednak wraz ze wzrostem krajowych producentów radarów TOF w ostatnich latach, koszt radaru TOF został znacznie zmniejszony. W porównaniu z importowanymi markami, cena krajowych produktów radarowych TOF stała się dość konkurencyjna. W przyszłości, wraz z poprawą technologii produkcji i dalszym wzrostem przesyłek, uważa się, że koszt radaru TOF będzie dalej skompresowany i nie jest niemożliwe, aby spaść do poziomu podobnego do trójkątnego radaru.
Po cztery, scenariusze aplikacji
Scena trójkątnego radaru jest używana głównie w pomieszczeniach na krótkich dystansach, a najbardziej typową sceną jest robot zamiatający. W scenach o dużym zasięgu wykrywania (takich jak centra handlowe, lotniska lub stacje), a także w scenach plenerowych, TOF jest szerzej stosowany. Ponadto warto wspomnieć, że radar delta, który jest narażony i obrotowy, sprawia, że jego produkty są bardzo kruche pod względem odporności na kurz i wodę. W niektórych specjalnych zastosowaniach, takich jak warsztat, w którym pracuje samochód AVG, często jest dużo kurzu. W środowisku silnik radaru trójkąta jest bardzo łatwy do uszkodzenia. Natomiast półstała konstrukcja przyjęta przez radar TOF może zapewnić lepszą ochronę i dłuższą żywotność.
Rysunek 5. Gwiezdny drugi lidar TOF
Obecnie krajowy radar TOF rozwija się szybko. 2D bezpieczeństwa skaner laserowy uruchomiony przez cyndar może osiągnąć odległość pomiarową 20m, szybkość chmury punktów 100kHz, maksymalna rozdzielczość kątowa 0.036 °, i poziom ochrony IP65. Jego zastosowanie było zaangażowane Bezzałogowe jazdy, robotyka, AGV, bezpieczeństwa, administracji drogowej i wiele innych dziedzinach są doskonałymi przedstawicielami radaru TOF Chin.
