Apa kelebihan dan kekurangannya? Analisis triangulasi dan lidar TOF!
Sebagai sensor teras banyak peranti pintar, lidar telah digunakan secara meluas. Hari ini, kita sering melihat lidar dalam kenderaan tanpa pemandu, robot servis, forklift AGV, pentadbiran dan pengangkutan jalan pintar, dan barisan pengeluaran automatik, yang cukup untuk menunjukkan kedudukannya yang sangat diperlukan dalam rantaian industri kecerdasan buatan.
Mengenai produk lidar arus perdana di pasaran, radar yang digunakan untuk pengesanan persekitaran dan pembinaan peta dapat dibahagikan secara kasar kepada dua kategori mengikut laluan teknikal. Salah satunya adalah radar TOF (Time of Flight) dan yang lain adalah radar segitiga. Saya percaya banyak orang memahami kedua-dua istilah ini, tetapi jika anda ingin mengatakan sama ada kedua-dua penyelesaian ini lebih baik atau lebih buruk dari segi prinsip, prestasi, kos, dan aplikasi, serta alasan di sebalik itu, mungkin setiap orang mempunyai lebih banyak atau lebih kurang. Keraguan. Hari ini, editor akan memberikan beberapa cadangan dan menganalisis isu-isu ini.
1. Prinsip
Prinsip kaedah triangulasi ditunjukkan dalam gambar di bawah. Laser memancarkan cahaya laser. Setelah menyinari objek, cahaya yang dipantulkan diterima oleh CCD linier. Oleh kerana laser dan pengesan dipisahkan dengan jarak tertentu, objek pada jarak yang berbeza akan digambarkan pada CCD mengikut jalur optik. Lokasi berbeza. Dengan mengira mengikut formula trigonometri, jarak objek yang diukur dapat diperoleh.
Lihat sahaja prinsipnya, adakah menurut anda&# 39 itu cukup mudah?
Rajah 1. Prinsip triangulasi berkisar
Walau bagaimanapun, prinsip TOF lebih mudah. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2, laser memancarkan denyut laser, dan waktu pelepasan dicatat oleh pemasa, lampu kembali diterima oleh penerima, dan waktu kembali dicatat oleh pemasa. Dua kali dikurangkan untuk mendapatkan GG; masa penerbangan" cahaya, dan kelajuan cahaya tetap, sehingga jarak dapat dikira dengan mudah setelah kecepatan dan waktu diketahui.
Rajah 2. Prinsip julat TOF
Sangat disayangkan bahawa jika semuanya semudah mengingat, dunia akan menjadi indah. Kedua skema ini akan mempunyai cabaran tersendiri dalam pelaksanaannya secara spesifik, tetapi sebagai perbandingan, TOF jelas mempunyai lebih banyak kesulitan untuk diatasi.
Kesukaran utama dalam mewujudkan radar TOF adalah:
Yang pertama adalah masalah masa. Dalam skema TOF, pengukuran jarak bergantung pada pengukuran masa. Tetapi kecepatan cahaya terlalu cepat, jadi untuk mendapatkan jarak yang tepat, syarat untuk sistem pemasaan menjadi sangat tinggi. Satu data adalah bahawa lidar perlu mengukur jarak 1cm, dan jangka masa yang sesuai adalah sekitar 65ps. Pelajar yang sedikit biasa dengan ciri elektrik harus mengetahui apa maksudnya di sebalik sistem litar.
Yang kedua adalah pemprosesan isyarat nadi. Terdapat dua bahagian:
Salah satunya adalah laser: Di radar delta, hampir tidak ada keperluan untuk memandu laser. Kerana pengukuran bergantung pada kedudukan gema laser, hanya diperlukan satu cahaya berterusan untuk memancarkan. Tetapi TOF tidak berfungsi. Bukan hanya memerlukan laser berdenyut, tetapi kualitinya tidak terlalu buruk. Pada masa ini, lebar nadi cahaya keluar dari radar TOF adalah kira-kira beberapa nanodetik, dan pinggir kenaikan diperlukan secepat mungkin. Oleh itu, skema pemanduan laser setiap produk Terdapat juga titik tinggi dan rendah.
Yang lain adalah penerima. Secara amnya, pengenalpastian waktu gema sebenarnya adalah pengenalpastian masa dari tepi yang meningkat. Oleh itu, semasa memproses isyarat gema, perlu memastikan bahawa isyarat tidak terdistorsi sebanyak mungkin. Di samping itu, walaupun isyarat tidak terdistorsi, kerana isyarat gema tidak boleh menjadi gelombang persegi yang ideal, pengukuran objek yang berlainan pada jarak yang sama juga akan menyebabkan tepi depan berubah. Sebagai contoh, pengukuran kertas putih dan kertas hitam pada kedudukan yang sama dapat memperoleh dua isyarat gema seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah, dan sistem pengukuran masa mesti mengukur bahawa kedua tepi depan pada masa yang sama (kerana jaraknya adalah jarak yang sama), yang memerlukan rawatan khas.
Rajah 3. Perbezaan isyarat gema dengan reflektifiti yang berbeza
Di samping itu, bahagian penerima juga menghadapi masalah seperti ketepuan isyarat dan pemprosesan lantai bunyi, yang boleh dikatakan sukar.
Kedua, prestasi PK, mengetahui alasannya, mengetahui mengapa?
Setelah mengatakan bahawa, sebenarnya, dari sudut pandangan pengguna hiliran, anda tidak peduli sama ada ia senang atau sukar dilaksanakan. Pengguna tidak mementingkan dua perkara: prestasi dan harga. Biarkan saya bercakap mengenai prestasi terlebih dahulu. Sekiranya kebanyakan orang yang mengetahui industri ini tahu bahawa radar TOF lebih baik daripada radar segitiga dalam prestasi. Tetapi apakah aspek khusus dan alasan di sebalik itu?
Mengukur jarak
Pada prinsipnya, radar TOF dapat mengukur jarak yang lebih jauh. Sebenarnya, dalam beberapa kesempatan yang memerlukan pengukuran jarak, seperti aplikasi kereta tanpa pemandu, hampir semua radar TOF. Terdapat beberapa sebab mengapa radar triangulasi tidak dapat mengukur jauh. Pertama, ia terhad pada prinsipnya. Sebenarnya, tidak sukar untuk memerhatikan Gambar 1 dengan teliti. Semakin jauh objek yang diukur oleh radar triangulasi, semakin kecil perbezaan kedudukan pada CCD. Setelah melebihi jarak tertentu, CCD hampir tidak dapat membezakan. Yang kedua ialah radar segitiga tidak dapat memperoleh nisbah signal-to-noise yang lebih tinggi seperti radar TOF. TOF menggunakan pensampelan laser berdenyut dan dapat mengawal bidang pandangan dengan ketat untuk mengurangkan kesan cahaya persekitaran. Ini adalah prasyarat untuk pengukuran jarak jauh.
Sudah tentu, jaraknya tidak bermaksud kualiti mutlak, bergantung pada senario penggunaan tertentu.
Kadar Persampelan
Apabila Lidar menggambarkan persekitaran, ia mengeluarkan gambar awan titik. Bilangan pengukuran awan titik yang dapat diselesaikan sesaat adalah kadar persampelan. Dalam hal kelajuan tetap, laju pengambilan sampel menentukan jumlah awan titik dalam setiap bingkai gambar dan resolusi sudut titik titik. Semakin tinggi resolusi sudut dan semakin banyak bilangan titik titik, semakin terperinci gambar menggambarkan persekitarannya.
Sejauh produk yang ada di pasaran, kadar persampelan radar triangulasi umumnya di bawah 20k, sementara radar TOF dapat mencapai lebih tinggi (contohnya, radar TOF bintang kedua PAVO dapat mencapai kadar sampel hingga 100k ). Sebabnya ialah TOF hanya memerlukan satu denyutan cahaya untuk menyelesaikan pengukuran, dan analisis masa nyata juga dapat bertindak balas dengan cepat. Tetapi tiga
Ke
Proses pengiraan yang diperlukan untuk radar sudut lebih lama.
Rajah 4. Kesan pengimejan dari kadar persampelan yang berbeza untuk objek di lokasi yang sama
(A): Pola awan titik pensampelan rendah; (B): Pola awan titik pensampelan tinggi (PAVO)
Ketepatan
Lidar pada dasarnya adalah alat pengukur jarak, jadi ketepatan pengukuran jarak tidak diragukan lagi merupakan petunjuk inti. Pada ketika ini, ketepatan trigonometri sangat tinggi pada jarak dekat, tetapi ketika jarak semakin jauh, ketepatan pengukurannya akan menjadi semakin buruk. Ini kerana pengukuran trigonometri berkaitan dengan sudut, dan dengan peningkatan jarak, perbezaan sudut akan menjadi lebih kecil dan lebih kecil. Oleh itu, radar segitiga biasanya menggunakan marking peratusan ketika menandakan ketepatan (biasa seperti 1%), maka kesalahan maksimum pada jarak 20m adalah 20cm. Radar TOF bergantung pada masa penerbangan, dan ketepatan pengukuran masa tidak berubah dengan ketara dengan peningkatan panjangnya. Oleh itu, kebanyakan radar TOF dapat mengekalkan ketepatan beberapa sentimeter dalam jarak pengukuran puluhan meter.
Kelajuan (kadar bingkai)
Dalam radar mekanikal, kadar bingkai gambar ditentukan oleh kelajuan motor. Sejauh lidar dua dimensi yang ada di pasaran, kelajuan maksimum radar segitiga biasanya di bawah 20Hz, sementara radar TOF dapat mencapai sekitar 30Hz-50Hz. Secara amnya, radar segitiga biasanya mengadopsi struktur badan bahagian atas dan bawah, iaitu bahagian atas bertanggungjawab untuk pelepasan, penerimaan dan pengumpulan laser, dan bahagian bawah bertanggungjawab untuk pemanduan motor dan bekalan kuasa. Komponen pergerakan yang terlalu berat menghadkan kelajuan yang lebih tinggi. Radar TOF biasanya menggunakan struktur separa pepejal yang terintegrasi, dan motor hanya perlu menggerakkan cermin, jadi penggunaan kuasa motor kecil, dan kecepatan yang dapat disokong juga lebih tinggi.
Sudah tentu, perbezaan kelajuan yang disebutkan di sini hanyalah analisis objektif terhadap produk yang ada. Sebenarnya, tidak ada hubungan penting antara kelajuan dan radar yang menggunakan TOF atau kaedah triangulasi. Radar TOF pelbagai baris utama juga menggunakan struktur pemecahan atas dan bawah. Bagaimanapun, reka bentuk optik struktur sepaksi dikenakan banyak sekatan. Kelajuan radar TOF berbilang baris umumnya di bawah 20 Hz.
Walau bagaimanapun, kelajuan tinggi (atau kadar bingkai tinggi) sangat berguna untuk pengimejan awan titik. Kadar bingkai tinggi lebih kondusif untuk menangkap objek bergerak berkelajuan tinggi, seperti kenderaan yang memandu di lebuh raya. Di samping itu, ketika membuat peta dengan sendirinya, peta radar bergerak akan diputarbelitkan (misalnya, jika radar pegun mengimbas bulatan sebagai bulatan, maka ketika radar bergerak dalam garis lurus, gambar yang dipindai menjadi elips). Jelas sekali, kelajuan tinggi dapat mengurangkan pengaruh penyelewengan seperti ini.
3. Kos
Sekiranya anda melihat perbandingan prestasi, nampaknya prestasi radar TOF benar-benar mengatasi radar segitiga. Namun, persaingan produk bukan sekadar persaingan parameter prestasi, pengguna juga mementingkan harga, kestabilan dan perkhidmatan.
Sekurang-kurangnya dari segi kos, kos semasa radar segitiga lebih rendah daripada radar TOF, dan kos radar segitiga jarak dekat sudah berada pada tahap 100 yuan. Pada masa ini, harga radar TOF yang diimport lebih dari 10,000 yuan. Boleh dikatakan bahawa harga tinggi adalah faktor penting yang menyekat pengembangan aplikasi lidar TOF selanjutnya.
Walau bagaimanapun, dengan peningkatan pengeluar radar TOF domestik dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kos radar TOF telah banyak dikurangkan. Berbanding dengan jenama yang diimport, harga produk radar TOF domestik menjadi sangat kompetitif. Di masa depan, dengan peningkatan teknologi pengeluaran dan peningkatan penghantaran, dipercayai bahawa kos radar TOF akan dikompres lebih jauh, dan tidak mustahil untuk turun ke tahap yang serupa dengan radar segitiga.
Empat, senario aplikasi
Pemandangan radar segitiga terutama digunakan dalam aplikasi jarak pendek dalam ruangan, dan pemandangan yang paling khas adalah robot penyapu. Dalam pemandangan dengan jarak pengesanan yang besar (seperti pusat membeli-belah, lapangan terbang atau stesen), dan juga pemandangan luar, TOF lebih banyak digunakan. Di samping itu, perlu diperhatikan bahawa radar delta, yang terdedah dan berputar, menjadikan produknya sangat rapuh dari segi tahan debu dan air. Dalam beberapa aplikasi khas, seperti bengkel di mana kereta AVG berfungsi, seringkali terdapat banyak habuk. Di persekitaran, motor radar segitiga sangat mudah rosak. Sebaliknya, reka bentuk separa pepejal yang digunakan radar TOF dapat memberikan perlindungan yang lebih baik dan jangka hayat yang lebih lama.
Gambar 5. LIDAR TOF bintang kedua
Pada masa ini, radar TOF domestik berkembang dengan pesat. Pengimbas laser keselamatan 2D yang dilancarkan oleh cyndar dapat mencapai jarak pengukuran 20m, kadar awan titik 100kHz, resolusi sudut maksimum 0,036 °, dan tahap perlindungan IP65. Aplikasinya telah terlibat dalam pemanduan tanpa pemandu, robotik, AGV, keselamatan, pentadbiran jalan raya dan banyak bidang lain adalah wakil terbaik dari radar TOF China'
