Jaké jsou výhody a nevýhody? Triangulace a tof lidar analýza!
Jako základní senzor mnoha inteligentních zařízení byl lidar široce používán. Dnes můžeme často vidět lidar v bezpilotních vozidlech, servisních robotech, vysokozdvižných vozíkech AGV, inteligentní správě silnic a dopravě a automatizovaných výrobních linkách, což stačí k tomu, aby prokázalo svou nepostradatelnou pozici v průmyslovém řetězci umělé inteligence.
Pokud jde o tradiční lidarové výrobky na trhu, radary používané pro detekci životního prostředí a výstavbu map lze zhruba rozdělit do dvou kategorií podle technických tras. Jedním z nich je TOF (Time of Flight) radar a druhý je To je trojúhelníkový rozsah radaru. Věřím, že mnoho lidí jsou obeznámeni s těmito dvěma pojmy, ale pokud chcete říci, zda tato dvě řešení jsou lepší nebo horší, pokud jde o princip, výkon, náklady a aplikace, stejně jako důvody za nimi, možná každý má více či méně. Pochyboval. Dnes, editor dá nějaké návrhy a analyzovat tyto problémy.
1. Princip
Princip metody triangulace je znázorněn na obrázku níže. Laser vyzařuje laserové světlo. Po ozařování objektu je odražené světlo přijato lineárním CCD. Vzhledem k tomu, že laser a detektor jsou odděleny určitou vzdáleností, objekty v různých vzdálenostech budou zobrazeny na CCD podle optické dráhy. Různá místa. Při výpočtu goniometrického vzorce lze odvodit vzdálenost měřeného objektu.
Jen se podívejte na princip, myslíte si, že je to docela jednoduché?
Obrázek 1. Princip triangulace v rozmezí
Princip TOF je však jednodušší. Jak je znázorněno na obrázku 2, laser vyzařuje laserový puls a čas emise je zaznamenán časovačem, vratné světlo je přijato přijímačem a čas návratu je zaznamenán časovačem. Dvakrát se odečtou, aby se dostal "čas letu" světla, a rychlost světla je konstantní, takže vzdálenost může být snadno vypočtena po rychlosti a čase jsou známy.
Obrázek 2. Princip tof
Je škoda, že pokud je vše tak jednoduché jako zapamatování, svět bude nádherný. Tyto dva režimy budou mít své vlastní problémy při konkrétním provádění, ale ve srovnání, TOF má samozřejmě více obtíží překonat.
Hlavními obtížemi při realizaci radaru TOF jsou:
První je problém s načasováním. V schématu TOF závisí měření vzdálenosti na měření času. Ale rychlost světla je příliš rychlá, takže pro získání přesné vzdálenosti se požadavky na časovací systém stávají velmi vysokými. Jeden kus dat je, že lidar musí měřit vzdálenost 1 cm a odpovídající časové rozpětí je asi 65ps. Studenti, kteří jsou trochu obeznámeni s elektrickými charakteristikami, by měli vědět, co to znamená za obvodovým systémem.
Druhým je zpracování pulzních signálů. Existují dvě části:
Jedním z nich je laser: V delta radaru, není téměř žádný požadavek na laserové jízdy. Vzhledem k tomu, že měření závisí na poloze laserové ozvěny, je k vyzařování zapotřebí pouze jedno nepřetržité světlo. Ale TOF nefunguje. Nejen, že to vyžaduje pulzní laser, ale kvalita není tak špatná. V současné době je šířka pulsu odchozího světla radaru TOF asi několik nanosekund a stoupající hrana musí být co nejrychlejší. Proto, laserové schéma jízdy každého produktu Existují také vysoké a nízké body.
Druhý je přijímač. Obecně řečeno, identifikace času ozvěny je ve skutečnosti čas identifikace stoupající hrany. Proto při zpracování echo signálu je nutné zajistit, aby signál nebyl co nejvíce zkreslen. Kromě toho, i když signál není zkreslený, protože signál ozvěny nemůže být ideální čtvercovou vlnou, měření různých objektů ve stejné vzdálenosti také způsobí změnu přední hrany. Například měření bílého papíru a černého papíru ve stejné poloze může získat dva signály ozvěny, jak je znázorněno na obrázku níže, a systém měření času musí měřit, že obě přední hrany jsou ve stejnou dobu (protože vzdálenost je stejná vzdálenost), což vyžaduje zvláštní zacházení.
Obrázek 3. Rozdíl echo signálů s různou odrazivostí
Kromě toho se přijímací konec také potýká s problémy, jako je nasycení signálu a zpracování šumu podlahy, což lze říci, že je obtížné.
Za druhé, výkon PK, znát důvod, vědět proč?
Jak již bylo řečeno, z hlediska následných uživatelů je vám jedno, zda je snadné nebo obtížné je implementovat. Uživatelé se nestarají o nic víc než dva body: výkon a cenu. Nejdřív si promluvím o výkonu. Pokud většina lidí, kteří znají toto odvětví vědí, že TOF radar je lepší než trojúhelník radar ve výkonu. Ale jaké jsou konkrétní aspekty a důvody, které za ním stojí?
Měřící vzdálenost
Radar TOF může v zásadě měřit delší vzdálenosti. Ve skutečnosti, v některých případech, které vyžadují měření vzdálenosti, jako jsou aplikace pro automobily bez řidiče, téměř všechny radary TOF. Existuje několik důvodů, proč triangulace radar nemůže měřit daleko. Za prvé, v zásadě je omezená. Ve skutečnosti není obtížné pečlivě sledovat obrázek 1. Čím dále je objekt měřen triangulačním radarem, tím menší je rozdíl polohy na CCD. Po překročení určité vzdálenosti, CCD lze jen stěží rozlišit. Druhým důvodem je, že trojúhelníkový radar nemůže získat vyšší poměr signálu k šumu, jako je radar TOF. TOF používá pulzní laserový odběr vzorků a může přísně řídit zorné pole, aby se snížil dopad okolního světla. To jsou předpoklady pro dálkové měření.
Samozřejmě, že vzdálenost neznamená absolutní kvalitu, záleží na konkrétních scénářích použití.
Vzorkovací frekvence
Když Lidar zobrazuje prostředí, vyproducuje obraz mračna bodů. Počet měření mračna bodů, které lze dokončit za sekundu, je vzorkovací frekvence. V případě pevné rychlosti určuje vzorkovací frekvence počet mračen bodů v každém snímku obrazu a úhlové rozlišení mračen bodů. Čím vyšší je úhlové rozlišení a čím větší je počet mračen bodů, tím podrobnější obraz zobrazuje okolní prostředí.
Pokud jde o výrobky na trhu, vzorkovací frekvence triangulace radaru je obecně nižší než 20k, zatímco tof radar může dosáhnout vyšší (například hvězda-druhý TOF radar PAVO může dosáhnout vzorkovací frekvence až 100k). Důvodem je, že TOF potřebuje k dokončení měření pouze jeden světelný puls a analýza v reálném čase může také rychle reagovat. Ale tři
Chcete-li
Proces výpočtu požadovaný pro úhlový radar je delší.
Obrázek 4. Zobrazovací účinky různých vzorkovacích frekvencí pro objekty na stejném místě
(A): Nízká vzorkovací frekvence bodu mrak vzor; (B): Vzor mraku bodu s vysokou vzorkovací frekvencí (PAVO)
Přesnost
Lidar je v podstatě zařízení pro měření vzdálenosti, takže přesnost měření vzdálenosti je nepochybně hlavním ukazatelem. V tomto bodě je přesnost trigonometrie velmi vysoká na těsné vzdálenosti, ale jak se vzdálenost dostává dál a dál, přesnost jeho měření bude horší a horší. Je to proto, že měření trigonometrie souvisí s úhlem a s vzdáleností Zvýší se rozdíl úhlu zmenšuje a zmenšuje. Proto trojúhelníkový radar obvykle používá procentuální značení při označování přesnosti (běžné jako 1%), pak maximální chyba ve vzdálenosti 20 m je 20 cm. Radar TOF se spoléhá na dobu letu a přesnost měření času se se zvýšením délky výrazně nemění. Proto většina radarů TOF může udržovat přesnost několika centimetrů v rozsahu měření desítek metrů.
Rychlost (snímková frekvence)
V mechanickém radaru je snímková frekvence určena rychlostí motoru. Pokud jde o dvourozměrný lidar, který je v současné době na trhu, maximální rychlost trojúhelníkového radaru je obvykle nižší než 20 Hz, zatímco radar TOF může dosáhnout asi 30Hz-50Hz. Obecně platí, že trojúhelníkový radar obvykle přijímá strukturu horních a dolních dělených těles, to znamená, že horní část je zodpovědná za vyzařování laserem, příjem a sběr a spodní část je zodpovědná za řízení motoru a napájení. Příliš těžké pohybové součásti omezují vyšší rychlost. Radar TOF obvykle přijímá integrovanou polotuhou strukturu a motor potřebuje pouze řídit zrcadlo, takže spotřeba energie motoru je malá a rychlost, kterou lze podporovat, je také vyšší.
Samozřejmě, že rozdíl v rychlosti zde je jen objektivní analýza stávajících produktů. Ve skutečnosti neexistuje žádné zásadní spojení mezi rychlostí a radarem, který přijímá TOF nebo metodu triangulace. Hlavní proud multi-line TOF radar také přijímá horní a dolní rozdělenou strukturu. Koneckonců, optický návrh koaxiální struktury podléhá mnoha omezením. Rychlost víceřádkového radaru TOF je obecně nižší než 20 Hz.
Vysoká rychlost (nebo vysoká snímková frekvence) je však smysluplná pro zobrazování mračna bodů. Vysoká snímková frekvence je příznivější pro zachycení vysokorychlostních pohybujících se objektů, jako jsou vozidla jedoucí po dálnicích. Kromě toho při vytváření mapy sama o sobě bude pohyblivá radarová mapa zkreslená (například pokud stacionární radar skenuje kruh jako kruh, pak když se radar pohybuje v přímce, naskenovaný obraz se změní na elipsu ). Je zřejmé, že vysoká rychlost může lépe snížit vliv tohoto druhu zkreslení.
3. Náklady
Pokud se podíváte pouze na srovnání výkonu, zdá se, že výkon radaru TOF zcela zahltí trojúhelníkový radar. Konkurence výrobků však není jen soutěží výkonnostních parametrů, uživatelé se také starají o cenu, stabilitu a služby.
Alespoň pokud jde o náklady, aktuální náklady na trojúhelníkový radar je nižší než u radaru TOF, a náklady na krátký-rozsah trojúhelníkový radar je již na úrovni 100 juanů. V současné době je cena dováženého radaru TOF více než 10.000 juanů. Lze říci, že vysoká cena je důležitým faktorem omezujícím další expanzi aplikací TOF lidar.
Nicméně, s nárůstem domácích výrobců radarů TOF v posledních letech, náklady na radar TOF byly výrazně sníženy. Ve srovnání s dováženými značkami se cena domácích radarových produktů TOF stala poměrně konkurenceschopnou. V budoucnu se zlepšením výrobní technologie a dalším nárůstem zásilek se předpokládá, že náklady na radar TOF budou dále stlačeny a není nemožné klesnout na úroveň podobnou úrovni trojúhelníkového radaru.
Čtyři, scénáře aplikací
Scéna trojúhelníkového radaru se používá hlavně v indoorových aplikacích na krátké vzdálenosti a nejtypičtější scénou je zametací robot. Ve scénách s velkým detekčním rozsahem (jako jsou nákupní centra, letiště nebo stanice), stejně jako venkovní scény, tof je více široce používán. Kromě toho stojí za zmínku, že delta radar, který je vystaven a rotující, činí své výrobky velmi křehkými, pokud jde o odolnost proti prachu a vodě. V některých speciálních aplikacích, jako je dílna, kde auto AVG funguje, je často hodně prachu. V prostředí, motor trojúhelníku radaru je velmi snadno poškodit. Naproti tomu polotuhá konstrukce přijatá radarem TOF může poskytnout lepší ochranu a delší životnost.
Obrázek 5. Hvězda-druhý TOF lidar
V současné době se domácí radar TOF rychle rozvíjí. 2D bezpečnostní laserový skener vypuštěný společností Cyndar může dosáhnout měřicí vzdálenosti 20 m, rychlosti mračna 100kHz, maximálního úhlového rozlišení 0,036° a úrovně ochrany IP65. Jeho aplikace byla zapojena Bezpilotní řízení, robotika, AGV, bezpečnost, silniční správa a mnoho dalších oblastí jsou vynikající zástupci radaru TOF Číny.
