أقرب تعريف لليدار هو LIDAR ، اللغة الإنجليزية هي Light DeteaTIon و Ranging ، الصينية تعني" ؛ كشف الضوء ومدى" ؛.
في الواقع ، التعريف الأكثر دقة هو LADAR: LAser DetecTIon and Ranging ، أي" ؛ الكشف بالليزر ومدى" ؛. هذا تعريف تم اقتراحه في عام 2004 ، وهو أكثر تماشيًا مع مفهوم الليدار.
Lidar هو في الواقع نوع من الرادار يعمل في النطاق البصري (النطاق الخاص) ، ومزاياها واضحة جدًا:
1. دقة عالية للغاية: يعمل Lidar في النطاق البصري ، ويبلغ التردد من 2 إلى 3 أوامر بحجم أعلى من الميكروويف. لذلك ، بالمقارنة مع رادار الميكروويف ، فإن الليدار لها دقة نطاق عالية للغاية ، ودقة الزاوية ودقة السرعة
2. قدرة قوية ضد التدخل: طول موجة الليزر قصير ، يمكن أن ينبعث شعاع ليزر بزاوية اختلاف صغيرة جدًا (بترتيب μrad) ، التأثير متعدد المسارات صغير (لن يشكل انبعاث اتجاهي ، ويولد آثار متعددة المسارات مع الموجات الدقيقة أو الموجة المليمترية) ، أهداف قابلة للكشف عن ارتفاعات منخفضة / منخفضة للغاية ؛
3. كمية المعلومات التي تم الحصول عليها غنية: يمكن الحصول على المسافة والزاوية وشدة الانعكاس والسرعة والمعلومات الأخرى للهدف مباشرة لتوليد صورة متعددة الأبعاد للهدف ؛
4. يمكن أن تعمل طوال اليوم: الكشف النشط بالليزر ، لا يعتمد على ظروف الإضاءة الخارجية أو خصائص الإشعاع للهدف نفسه. تحتاج فقط إلى انبعاث شعاع الليزر الخاص بها والحصول على معلومات الهدف عن طريق الكشف عن إشارة صدى شعاع الليزر المنبعث.
لكن أكبر عيوب الليدار هو أنه يتأثر بسهولة بالظروف الجوية والدخان الناتج عن بيئة العمل. من الصعب للغاية تحقيق بيئة عمل مناسبة لجميع الأحوال الجوية.
تصنيف ليدار
إذا كان تصنيف Lidar مقسمًا إلى أنظمة ، فهناك بشكل رئيسي lidar كشف مباشر و lidar كشف متماسك. في الواقع ، ما ذكرناه في الوقت الحاضر ، بما في ذلك القيادة الأوتوماتيكية ، والروبوتات ، والليدار المستخدمة في المسح ورسم الخرائط ، ينتمي بشكل أساسي إلى هذا النوع من الليدار للكشف المباشر. تستخدم بعض الرادارات الخاصة ، مثل قياس الرياح وقياس السرعة ، بشكل عام نظامًا متماسكًا. إذا كان تصنيف Lidar مقسمًا إلى أنظمة ، فهناك بشكل رئيسي lidar كشف مباشر و lidar كشف متماسك. في الواقع ، ما ذكرناه في الوقت الحاضر ، بما في ذلك القيادة الأوتوماتيكية ، والروبوتات ، والليدار المستخدمة في المسح ورسم الخرائط ، ينتمي بشكل أساسي إلى هذا النوع من الليدار للكشف المباشر. تستخدم بعض الرادارات الخاصة ، مثل قياس الرياح وقياس السرعة ، بشكل عام نظامًا متماسكًا.
وفقًا لتصنيف التطبيق ، يمكننا تقسيم المزيد ، مثل: جهاز ضبط المدى بالليزر ، ورادار التصوير ثلاثي الأبعاد بالليزر ، ورادار قياس سرعة الليزر ، ورادار الكشف بالليزر في الغلاف الجوي ، وما إلى ذلك.
سواء كان ليدار أحادي الخط أو ليدار متعدد الخطوط أو ليدار مسح ، يمكننا تقسيمه بشكل أساسي إلى فئة رادار التصوير بالليزر ثلاثي الأبعاد.
إن رادار التصوير بالليزر ثلاثي الأبعاد ، في الواقع ، يحتاج إلى الحصول على معلمتين أساسيتين: معلومات مسافة الهدف ومعلومات زاوية الهدف.
إذا حددنا معيار الجلوس ثلاثي الأبعاد ، فإننا بحاجة إلى الحصول على معلومات المسافة والسمت وزاوية الملعب. ثم نحسب نقطة الإحداثيات ثلاثية الأبعاد للهدف بناءً على المعلومات الثلاثة للمسافة وزاوية السمت وزاوية الملعب.
بشكل عام ، تقنية الحصول على معلومات الزاوية عن طريق قياس التشفير ناضجة للغاية. نحن قلقون أكثر بشأن كيفية الحصول على معلومات المسافة لليدار.
يمكن لرادار التصوير ثلاثي الأبعاد بالليزر الحصول على بيانات سحابة النقاط ثلاثية الأبعاد للهدف من خلال تقنية قياس المدى المباشر وزاوية مباشرة ، والبيانات التي تم الحصول عليها هي نفسها بيانات ثلاثية الأبعاد. لا يتطلب قدرًا كبيرًا من الحساب والمعالجة لإنشاء الصورة المستهدفة ثلاثية الأبعاد ، ويتراوح مدى الليزر بدقة عالية جدًا.
لذلك ، فإن رادار التصوير بالليزر ثلاثي الأبعاد هو حاليًا المستشعر الأكثر كفاءة الذي يمكنه الحصول على صور لمجموعة كبيرة من المشاهد ثلاثية الأبعاد ، وهو أيضًا المستشعر الذي يمكنه حاليًا الحصول على أعلى دقة للمشاهد ثلاثية الأبعاد.
A
طريقة تحديد مدى الليزر
في الوقت الحاضر ، يمكن تقسيم طرق قياس المسافة التي نراها عادةً إلى فئات واسعة: طريقة زمن الرحلة بالليزر (TIme of Fly، TOF) وطريقة التثليث.
يمكن تقسيم طريقة زمن الرحلة بالليزر إلى فئتين ، إحداهما تعديل النبض (تقنية تحديد النبض) ، والأخرى هي تعديل طور تعديل كثافة الموجة المستمرة بالليزر ، والذي يقيس معلومات المسافة من خلال فرق الطور.
تستخدم محددات المدى التي يمكننا رؤيتها في السوق ، أو الخطوط الفردية متعددة الخطوط ، الخطوط الأساسية لهذه الأنواع الثلاثة من طرق النطاق.
A
تقنية تحديد نبض الليزر
إن مبدأ تقنية تحديد نبضات الليزر بسيط للغاية: احصل على معلومات المسافة للهدف من خلال قياس وقت طيران نبضة الليزر بين الرادار والهدف. يتم استخدام معيار هنا ، وهو سرعة الضوء. يجب أن تحتوي جميع القياسات على مسند. بالنسبة إلى الليزر ، هناك نوعان من المساند: السرعة والتردد (أكثر عمليتين دقيقتين) ، لأن المسند المستخدم في TOF هو سرعة طيران الليزر.
من بين الطرق الثلاثة المذكورة أعلاه ، أعتقد أن أصعب مشكلة تقنية هي طريقة تحديد النبض. لكن المزايا التي تجلبها واضحة: سرعة القياس سريعة جدًا. نظرًا لأن القياس يتم بواسطة ليزر بقيمة ذروة عالية ، فإن قدرته على مقاومة التشويش قوية جدًا.
العيب هو أنه من الصعب تحسين دقة النطاق ودائرة الكشف صعبة. على سبيل المثال ، إذا أردنا تحقيق دقة 1.5 ملم لمدى الطور ، فإننا بحاجة إلى تحقيق دقة ساعة توقيت تبلغ 10 بيكو ثانية ، وهو ما يعادل عرض النطاق الترددي 100G. هذه تقنية صعبة للغاية.
A
تتراوح مرحلة الليزر
يستخدم نطاق الطور بالليزر ، مثل جهاز تحديد مدى الليزر الشائع المحمول باليد ، نطاق الطور. وهي تحصل بشكل أساسي على معلومات المسافة عن طريق قياس فرق الطور الناتج عن إشارة ليزر الموجة المستمرة المعدلة الشدة التي تطير ذهابًا وإيابًا بين الرادار والهدف.
أكبر ميزة لهذه التكنولوجيا: دقة النطاق عالية جدًا. في الوقت الحاضر ، يمكن لمكتشف مدى الطور في السوق العام تحقيق دقة على مستوى المليمتر.
العيب هو أن سرعة القياس أبطأ من مدى النبض. بعد كل شيء ، نحن بحاجة إلى معايرة فرق الطور على الأقل عشرات أو حتى مئات الدورات. في الواقع ، إنه يعادل إطالة وقت القياس في الطور ، ثم سرعة القياس منخفضة نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك ، دقة قياسه عرضة نسبيًا لحركة شكل الهدف. إذا كان الهدفان في نقطة الضوء المقاسة مترادفان ، فإن المعلومات المحددة التي تم قياسها فعليًا هي متوسط المسافة بين الهدفين ، وليس معلومات الهدف السابقة أو معلومات الهدف التالية.
ولكن في نطاق النبض ، من السهل فصل هذه المعلومات. على سبيل المثال ، بالنسبة إلى نبض الليزر ، إذا استطعنا تحقيق عرض نبض يبلغ 10 نانو ثانية ، فيمكننا التمييز بين هدف يبلغ 30 سم من الأمام إلى الخلف بواسطة أصداء متعددة.
من الصعب تمييز هذه الطريقة في نطاق المرحلة. لأنه في عملية القياس ، سيكون وقته أطول ، ويتم إدخال معلومات المسافة التي جلبتها حركة الهدف في القيمة المقاسة. في الواقع ، إنه يقيس متوسط معلومات المسافة ، وليس معلومات الوقت الحقيقي. لكن مدى نبض الليزر هو في الواقع معلومات في الوقت الحقيقي حول الوضع الحالي.
هذا هو السبب في أن lidar للمركبات أو الروبوتات غالبًا ما تستخدم تقنية نطاق النبض بالليزر بدلاً من تقنية نطاق المرحلة.
A
التثليث
قياس مسافة التثليث هو الحصول على معلومات المسافة بقياس موضع التصوير لنقطة تشعيع الليزر في الكاميرا. أكبر ميزة لطريقة التثليث هي أن الصعوبة التقنية منخفضة ، والتكلفة منخفضة جدًا أيضًا ، ودقة النطاق من مسافة قريبة عالية جدًا أيضًا. على سبيل المثال ، يمكن أن يحقق الاستخدام الصناعي دقة تتراوح بين 100 ميكرون.
لكن العيب هو أن دقتها ستتدهور تدريجيًا مع زيادة المسافة ، ولا يمكن مقارنتها بشكل أساسي مع نطاق النبض ومدى الطور.
نقطة أخرى ، لأن كاميرا CMOS يجب أن تستخدم ليزر مستمر للإضاءة بشكل متزامن ، فإن متوسط قوتها منخفض نسبيًا ، وقدرتها المضادة للتدخل ستكون قوية جدًا. هذه الطريقة في الترتيب مناسبة بشكل عام للعمل عن قرب في الأماكن المغلقة ، ولكنها ليست مناسبة للعمل تحت خلفية الوهج في الهواء الطلق أو خلفية الوهج في الأماكن المغلقة.
يعد قياس مسافة التثليث أكثر ملاءمة للمشاهد ذات متطلبات الأداء المنخفضة مثل الروبوتات. بالإضافة إلى التكلفة العالية والصعوبة الفنية نسبيًا ، يتميز نطاق النبض بأداء ممتاز في جوانب أخرى. بالطبع ، ستكون دقة تحديد النطاق أقل قليلاً من دقة النطاق. ولكن هذا النوع من الدقة ، وفقًا للتكنولوجيا الحالية ، يمكننا أساسًا الوصول إلى دقة قياس المسافة بترتيب السنتيمترات ، أو حتى بضعة مليمترات ، والتي يمكن أن تلبي بشكل أساسي متطلبات استخدامنا في العديد من المناسبات.
اتجاهنا الرئيسي هو استخدام نبض المدى للقيام بالرادار أحادي الخط ، بما في ذلك الرادار متعدد الخطوط.
A
ما هو الليدار أحادي الخط
إن الليدار أحادي الخط هو في الواقع محدد مدى ليزر نبضي عالي التردد ، بالإضافة إلى مسح دوران أحادي البعد. ميزات الليدار أحادي الخط:
1. هناك طريقة واحدة فقط للإرسال وطريقة واحدة للاستقبال ، الهيكل بسيط نسبيًا وسهل الاستخدام ؛
2. سرعة مسح عالية ودقة زاوية عالية.
3. انخفاض الحجم والوزن واستهلاك الطاقة ؛
4. موثوقية أعلى ؛
5. تكلفة منخفضة ؛
A
ماذا يمكن ليدار أحادي الخط أن يفعل؟
في مجال القيادة الذاتية ، نرى بشكل أساسي ليدار متعدد الخطوط ، ليزر أحادي الخط
ماذا يمكن أن يفعل الرادار؟
كما هو موضح في الشكل أعلاه ، فإن أول سيارة تشارك في تحدي DARPA Autopilot Challenge في الولايات المتحدة هي سيارة ستانفورد لعام 2005 المسماة ستانلي. هذه هي السيارة التي فازت بالبطولة في ذلك العام. والآخر هو السيارة من جامعة كارنيجي ميلون.
في ذلك الوقت كانوا يستخدمون بشكل أساسي ليدار أحادي الخط. خاصة بالنسبة لسيارة المنافسة بجامعة ستانفورد ، هناك خمسة ليدار مثبتة أعلاه ، يمكننا التفكير فيها كمنشئ ليدار متعدد الخطوط ، ولكنها تستخدم خمسة ليدار سطر واحد لتحقيق وظيفة ليدار متعددة الأسطر.
بعد أن أطلقت Velodyne 64 خطًا ليدار في عام 2007 ، استخدمت العديد من المركبات ذاتية القيادة أساسًا منتجات Velodyne. ولكن هل يعني هذا أن ليدار أحادي الخط ليس له سوق في القيادة المدعومة أو المستقلة؟ أنا لا أعتقد&# 39 ؛ ر. نظرًا لأن ليدار أحادي الخط يتميز بخصائصه ، على سبيل المثال ، يصعب على ليدار متعدد الخطوط تحقيق نفس المؤشرات الفنية بمعدل تكرار عالٍ ودقة زاوية عالية. من حيث الكشف عن المشاة ، واكتشاف العوائق (اكتشاف الهدف الصغير) ، واكتشاف العوائق الأمامية ، تتمتع الليزر أحادية الخط بالعديد من المزايا على الخطوط متعددة الخطوط ، لأن رادارات الليزر أحادية الخط يمكن أن يكون لها دقة زاوية أعلى من Lidars متعددة الخطوط. هذا مفيد جدًا في الكشف عن الأشياء الصغيرة أو المشاة. هذه التقنية مفيدة جدًا في الروبوتات الذكية وروبوتات الخدمة ، وهذا أيضًا مجال ساخن.
قد يطرح العديد من الأشخاص سؤالًا ، لماذا يستخدمون الليدار لاكتشاف الممرات بدلاً من الكاميرا. Isn&# 39؛ t خوارزمية ADAS ناضجة للغاية؟ لماذا يجب علي استخدام ليدار؟
وذلك لأن الكاميرا معرضة بشكل خاص للتداخل من ضوء الخلفية أو الضوء القوي. على سبيل المثال ، عندما نسير في شارع تصطف على جانبيه الأشجار ، إذا وقع ظل الأشجار في بقع ثم اندمج مع خطوط الممر الأبيض ، فمن الصعب جدًا التعرف على خطوط الممر ، واحتمال التعرف عليه تحت إضاءة معقدة أو ظروف إضاءة قوية. احتمالية التعرف عليها منخفضة جدًا ، والخوارزمية معقدة جدًا.
لذا ، ما هي فوائد استخدام ليدار للكشف عن الحارة؟ أولاً ، نحن نستخدم ليزر الأشعة تحت الحمراء ، التي لديها إشعاع أقل بكثير في نطاق الأشعة تحت الحمراء من الضوء المرئي. ثانيًا ، سنضيف مرشحًا ضيقًا جدًا لتصفية ضوء الخلفية القوي مباشرةً. ثم نستخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء لاكتشافه. وبهذه الطريقة ، يمكننا الحصول على صورة عالية الجودة لخط الممر ، ومن خلال التدرج الرمادي للصورة ، من السهل جدًا اكتشاف خط الممر. وبعبارة أخرى ، باستخدام lidar لاكتشاف خط الممر ، سيكون أدائها أعلى من الكاميرا.
تطبيق ليدار أحادي الخط في القيادة المساعدة هو كشف المشاة. في الواقع ، هذا أيضًا تطبيق لمنع الاصطدام الأمامي ، والذي يشبه بشكل أساسي نظام منع تصادم السيارات. نظرًا لأن الدقة الزاوية للخط الأحادي الخط يمكن أن تكون أعلى من تلك الموجودة في الغطاء متعدد الخطوط ، يمكن اكتشاف المشاة مقدمًا على مسافة أكبر ، مما يترك المزيد من وقت التحذير لنظام التحكم أو السائق.
