LiDAR Lazer Sensör Sınıflandırması ve Tarama Yöntemleri

LiDARLazer Sensörü aktif olarak lazer ışığı yayar ve izinsiz giren bir hedefin mesafesi, yönelimi, hızı ve konturu gibi bilgileri yüksek hassasiyet ve yüksek çözünürlükle elde edebilir. Kentsel güvenlik ve endüstriyel güvenlik gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu makale, ana akım yerli ve yabancı güvenlik lidar üreticilerini ve bunların ürün teknik özelliklerini kısaca tanıtmaktadır. Farklı güvenlik uygulamalarının ihtiyaçlarını birleştiren Lidar'ın farklı teknik sistemler altındaki prensipleri, özellikleri ve mevcut durumu üç açıdan ele alınmıştır: menzil şeması, tarama yöntemi ve ışık kaynağı seçimi. Son olarak, güvenlik lidarının uygulama eğilimleri ve gelişme beklentileri özetlenmiş ve değerlendirilmiştir. Tüketici güvenliği uygulamalarının ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla güvenlik lidarı, düşük maliyet, yüksek performans, serileştirme, minyatürleştirme, katı hal, çipleştirme ve çok kaynaklı entegrasyon yönünde daha da gelişecektir.

Lidar, sistem içinde hareketli bileşenlerin bulunup bulunmadığına bağlı olarak mekanik lidar ve katı hal lidar olarak ikiye ayrılabilir. Bunlar arasında katı hal lidarının uygulama yöntemleri arasında mikro-elektromekanik sistem (Mikro-ElektroMekanik Sistem, MEMS), Flash teknolojisi ve OPA teknolojisi yer almaktadır.

Tarama modundaki ışın kontrol özelliklerine göre lidar, taramalı lidar ve taramasız lidar olarak ikiye ayrılabilir. Bunlar arasında tarama yapmayan lidar, Flash alan dizisi lidarı gibi sahneyi ışıkla kaplayarak hedef görüntülemeyi sağlar. Uygun tarama yöntemleri, güvenlik lidarının daha geniş bir görüş alanı ve çözünürlük elde etmesini sağlarken, tüm yapıyı daha stabil hale getirebilir. Bu nedenle tarama teknolojisinin seçimi, lidarın yaşam döngüsünü büyük ölçüde etkiler ve bu da, bu sistem altında güvenlik lidarının seri üretilip üretilemeyeceğini belirler. Bunlar arasında, uzun algılama aralığı ve geniş görüş alanı, güvenlik lidarının temel göstergeleridir ve aynı zamanda güvenlik lidarının gelecekte uygulama potansiyellerini de belirler.

1. Mekanik LiDAR Lazer Sensör
Mekanik lidar, lazer taramayı gerçekleştirmek için mekanik rotasyonun kullanılması anlamına gelir. Motor, tam 360 derece veya başka bir geniş açılı alan taraması elde etmek için tek noktalı veya çok noktalı ölçüm modülünü döndürecek şekilde çalıştırır. Mekanik lidarın çalışma prensibi Şekil 1'de gösterilmektedir. Basit prensip, kolay sürüş ve geniş tarama alanı gibi avantajlara sahiptir. Yaygın olarak kullanılan ilk üründü ve piyasadaki ana akım güvenlik lidar ürünleri için tarama çözümü haline geldi. Lensler, mekanik yapılar ve devre kartları gibi faktörler dikkate alındığında, modüllerin pek çok noktası genellikle boyut ve ağırlık açısından optimize edilemez. Bu nedenle motor, modülü uzun süre dönecek şekilde çalıştırdığında yataklar kolaylıkla aşınır. Bu durum geleneksel mekanik taramayı ömür ve güvenilirlik açısından eleştirmeye sevk etmekte ve aşınmadan kaynaklanan maliyet artmaktadır. Aynı zamanda çok gerçek bir sorundur. Bu nedenle, ilk güvenlik pazarı çoğunlukla boyut azaltımı ve düşük maliyetli çözümleri, yani kısa huzmeli çizgi lazer radarını diğer sensörlerle birlikte kullanmayı benimsedi. Kompakt bir görünüme ve geniş bir tarama alanına sahiptir ve bina koruması ve bölgesel çevre koruması gibi senaryolar için uygundur.

Şekil 1 Geleneksel mekanik LiDAR'ın çalışma prensibi

Şu anda LiDAR tasarımının karşı karşıya olduğu en büyük zorluk, makul bir maliyetle seri üretime ulaşırken performans ve sağlamlığa ulaşmaktır. Bununla birlikte, mekanik lidarın yedekli çekirdek elektronik bileşenleri nedeniyle güvenlik alanında geniş çapta tanıtılması mümkün değildir, bu da boyutunun ve maliyetinin azaltılmasını zorlaştırır. Bu amaçla, lidarın temel bileşenleri, lidar sinyal işleme devresinin boyutunu azaltmak ve güç tüketimini ve maliyetini azaltmak için uygulamaya özel entegre devre (ASIC) çiplerine entegre edilmiştir. Bu, çok hatlı lidarın seri üretimini gerçekleştirmektir. önemli bir trend.

2.MEMS LiDAR Lazer Sensör
MEMS lazer radarı, geleneksel mekanik döner cihazın yerini, silikon bazlı bir çip üzerine entegre edilmiş MEMS mikro aynasıyla değiştirir. Mikro ayna, daha geniş bir tarama açısı ve daha geniş bir tarama aralığı oluşturmak için lazeri yansıtır. Çalışma prensibi Şekil 2'de gösterilmektedir. MEMS mikro aynaları, geleneksel mekanik lidarın yenilikçileridir ve lidarın minyatürleştirilmesine ve maliyetinin azaltılmasına öncülük edecektir. Galvanometre tarama yöntemi, değişen yapının doğrudan dönmesini önler, lidarın katı hal taramasına olanak tanır ve lidarın kompakt olmasını sağlar.

Şekil 2 MEMS şeması.（a）MEMS LiDAR'ın çalışma prensibi;（b）MEMS tarama aynası

MEMS mikro aynaların avantajlarından yararlanan sektör, MEMS Lidar'ı en hızlı uygulanacak teknoloji olarak görüyor. Leishen Intelligent LS20/LS21 serisi MEMS katı hal lidarı şu anda akıllı güvenlik ve felaket izleme gibi alanlarda kullanılmaktadır. Ancak MEMS mikro aynasının dezavantajı, tarama açısının küçük olması ve geniş görüş alanı taraması elde etmek için ek bir açıya ihtiyaç duyulmasıdır. Ayrıca yansıtabileceği lazer ışığı miktarının sınırlı olması, "uzun mesafe algılama" sağlamayı zorlaştırıyor. Genel olarak MEMS lidar teknolojisi çözümleri yeterince olgunlaşmamıştır ve daha fazla geliştirilmeye ihtiyaç duymaktadır. MEMS mikro aynalarının geliştirilmesiyle MEMS lidar'ın uygulama olanaklarının daha geniş olacağına inanılıyor.

3.Flaş LiDAR Lazer Sensörü
Flash lidar, tarama yapmayan bir radardır. Hedefin üzerine alan dizisi ışığı yayar, gelen ışığın hedef tarafından saçılımını tespit etmek için alan dizisi detektörünü kullanır ve derinlik bilgisine sahip bir görüntü üretir. Çalışma prensibi Şekil 3'te gösterilmektedir. Flash lidar düşük maliyetli ve iyi bir stabiliteye sahip olmasına rağmen tespit aralığı nispeten kısa olduğundan uygulama senaryoları sınırlıdır. Güvenlik alanında Flash lazer radarı yaygın olarak kullanılmaktadır. Hedef tespiti, segmentasyonu ve takibi için 3D Flash Lidar'ın kullanıldığı sonuçlar, Flash Lidar'ın çevre gözetimi ve saha güvenlik alanları için uygun olduğunu gösteriyor. Ancak çevresel izleme, nesne gözlemleme ve tehlike önleme gibi alanlarda nesnelerin veya insanların gerçek zamanlı tespiti tarama özellikleriyle sınırlı olacak ve bu da veri bozulmasına neden olacaktır. 3D Flash lidar ile oluşturulmuş bir sensör sistemi kullanılarak, oldukça değişken hareketli nesneler, orta ila uzun mesafelerde gerçek zamanlı ve yüksek doğrulukla takip edilebilir. Deneysel süreç ve sonuçları Şekil 4'te gösterilmektedir. Ayrıca küçük bileşenlerin geliştirilmesiyle alan dizisi dedektörlerinin maliyeti azalacak, Flash lidar'ın minyatürleştirilmesi kolaylaşacak ve güvenlik alanındaki uygulamaları daha fazla olacaktır.

Şekil 3 Flash LiDAR'ın çalışma prensibi

Şekil 4 Flash LiDAR'ın çalışma senaryosu ve deneysel sonuçları. （a）PC'de gerçek zamanlı izleme ve pan-tilt kafada Flash LiDAR ile deneysel kurulum; （b）senaryonun nokta bulutu; （c）kişinin merkezde işaretlendiği senaryonun yoğunluk görünümü;（d）senaryonun kişiyle aralık görünümü işaretli merkez

4.OPA LiDAR Lazer Sensör
Yeni bir ışın işaretleme kontrol teknolojisi türü olarak OPA tarama teknolojisi, son yıllarda araştırmaların sıcak noktası haline geldi. Atalet cihazlarının olmaması, istikrarlı doğruluk ve kontrol edilebilir yön avantajlarına sahiptir. Çalışma prensibi Şekil 5'te gösterilmektedir. Birkaç verici ünite, bir verici dizisi oluşturur. Lazer ışınının çıkış açısı, verici dizideki her verici birimin faz farkı ayarlanarak değiştirilir, böylece ayarlanan yönde karşılıklı olarak güçlendirilmiş girişim elde edilir ve böylece Yüksek yoğunluklu işaretleme ışını hazırlanır. S3, "dünyanın ilk katı hal lidar sensörü." S3, OPA tarama yöntemini kullanır ve yalnızca avuç içi boyutundadır. Ürün ve çalışma prensibi Şekil 6'da gösterilmektedir. S3 serisi ürünler, izinsiz giriş izleme ve erişim kontrolü gibi alanlarda kullanılmaktadır.

Şekil 5 OPA'nın çalışma prensibi

Şekil 6 Quanergy S3 LiDAR'ın çalışma prensibi

Yüksek entegrasyona sahip optik faz dizisi teknolojisi, tüm katı hal geliştirme ihtiyaçlarını ve güvenlik lidarının minyatürleştirilmesini karşılayabilir. Bununla birlikte, şu anda OPA güvenlik lidarının seri üretimini kısıtlayan iki ana faktör bulunmaktadır: birincisi, fiili tarama sırasında yan loblar kolaylıkla oluşturulur ve bu, ışının menzilini ve açısal çözünürlüğünü etkileyecektir; ikincisi, işleme zorluğu yüksektir. Bu nedenle OPA güvenlik lidar teknolojisi henüz olgunlaşmamıştır ve bu aşamada ürünleştirmeyi başarmak zordur.

İletişim bilgileri:

Herhangi bir fikriniz varsa bizimle konuşmaktan çekinmeyin. Müşterilerimiz nerede olursa olsun ve gereksinimlerimiz ne olursa olsun, müşterilerimize yüksek kalite, düşük fiyat ve en iyi hizmeti sunma hedefimizin takipçisi olacağız.