Hva er fordelene og ulempene? Triangulering og TOF-lidaranalyse!
Som kjernesensor til mange smarte enheter har lidar blitt mye brukt. I dag kan vi ofte se lidar i ubemannede biler, servicroboter, AGV-gaffeltrucker, intelligent veidministrasjon og transport og automatiserte produksjonslinjer, noe som er nok til å vise sin uunnværlige posisjon i kunstkjeden.
Når det gjelder de vanlige lidarproduktene på markedet, kan radarene som brukes til miljødeteksjon og kartkonstruksjon grovt deles inn i to kategorier i henhold til tekniske ruter. Den ene er TOF (Time of Flight) radar og den andre er Det er en trekantet radar. Jeg tror mange er kjent med disse to begrepene, men hvis du vil si om disse to løsningene er bedre eller dårligere når det gjelder prinsipp, ytelse, kostnad og anvendelse, samt årsakene bak dem, kanskje alle har mer eller mindre mindre. Tvilte. I dag vil redaktøren gi noen forslag og analysere disse problemene.
1. Prinsipp
Prinsippet for trianguleringsmetoden er vist i figuren nedenfor. Laseren avgir laserlys. Etter bestråling av objektet mottas det reflekterte lyset av den lineære CCD-en. Siden laseren og detektoren er atskilt med en viss avstand, vil objekter på forskjellige avstander bli avbildet på CCD i henhold til den optiske banen. Ulike steder. Beregning i henhold til den trigonometriske formelen, kan avstanden til det målte objektet utledes.
Bare se på prinsippet, synes du det er ganske enkelt?
Figur 1. Prinsippet om triangulering
Prinsippet med TOF er imidlertid enklere. Som vist i figur 2, avgir laseren en laserpuls, og utslippstiden registreres av timeren, returlyset mottas av mottakeren, og returtiden registreres av timeren. De to gangene blir trukket for å få" flytid" av lys, og lysets hastighet er konstant, slik at avstanden enkelt kan beregnes etter at hastighet og tid er kjent.
Figur 2. TOF-rekkevidde
Det er synd at hvis alt er så enkelt som å huske, vil verden være fantastisk. Disse to ordningene vil ha sine egne utfordringer i den spesifikke implementeringen, men til sammenligning har TOF åpenbart flere vanskeligheter å overvinne.
De største vanskelighetene i realiseringen av TOF-radar er:
Den første er timingproblemet. I TOF-ordningen avhenger avstandsmåling av tidsmåling. Men lysets hastighet er for rask, så for å oppnå en nøyaktig avstand blir kravene til timing systemet veldig høye. Ett stykke data er at lidaren måler en avstand på 1 cm, og den tilsvarende tidsperioden er omtrent 65ps. Studenter som er litt kjent med elektriske egenskaper, bør vite hva dette betyr bak kretssystemet.
Den andre er behandlingen av pulssignaler. Det er to deler:
Den ene er laser: I delta-radaren er det nesten ikke noe krav til laserkjøring. Fordi målingen avhenger av posisjonen til laserekkoet, er det bare ett kontinuerlig lys som kreves for å avgi. Men TOF fungerer ikke. Ikke bare krever det en pulserende laser, men kvaliteten er ikke så dårlig. For tiden er pulsbredden til det utgående lyset fra TOF-radaren omtrent noen få nanosekunder, og den stigende kanten kreves for å være så rask som mulig. Derfor er laserkjøringsskjemaet for hvert produkt Det er også høye og lave punkter.
Den andre er mottakeren. Generelt sett er ekkotididentifikasjonen faktisk tididentifikasjonen til den stigende kanten. Derfor, når du behandler ekkosignalet, er det nødvendig å sikre at signalet ikke blir forvrengt så mye som mulig. I tillegg, selv om signalet ikke er forvrengt, siden ekkosignalet ikke kan være en ideell firkantbølge, vil måling av forskjellige objekter på samme avstand også føre til at forkanten endres. For eksempel kan måling av hvitt papir og svart papir i samme posisjon få to ekkosignaler som vist i figuren nedenfor, og tidsmålesystemet må måle at de to fremre kantene er på samme tid (fordi avstanden er samme avstand), som krever spesiell behandling.
Figur 3. Forskjellen mellom ekkosignaler med ulik reflektivitet
I tillegg står mottakersiden også overfor problemer som signalmetning og støygulvbehandling, noe som kan sies å være vanskelig.
For det andre, forestillingen PK, å vite årsaken, vite hvorfor?
Når det er sagt, faktisk, sett fra nedstrømsbrukere, bryr du deg ikke om' om det er enkelt eller vanskelig å implementere. Brukerne bryr seg ikke om mer enn to poeng: ytelse og pris. La meg snakke om ytelse først. Hvis de fleste som kjenner denne bransjen vet at TOF-radar er bedre enn trekantradar i ytelse. Men hva er de spesifikke aspektene og årsakene bak det?
Måling av avstand
I prinsippet kan TOF-radaren måle lengre avstander. Faktisk, i noen anledninger som krever avstandsmåling, for eksempel førerløse bilapplikasjoner, nesten alle TOF-radarer. Det er flere grunner til at trianguleringsradaren ikke kan måle langt. For det første er det begrenset i prinsippet. Det er faktisk ikke vanskelig å observere figur 1 nøye. Jo lenger objektet målt av triangulasjonsradaren, jo mindre blir posisjonsforskjellen på CCD. Etter å ha overskredet en viss avstand kan CCD knapt skille seg ut. Det andre er at den trekantede radaren ikke kan oppnå et høyere signal / støy-forhold som TOF-radaren. TOF bruker pulserende laserprøver og kan strengt kontrollere synsfeltet for å redusere effekten av omgivende lys. Dette er forutsetningene for måling på lang avstand.
Avstanden betyr selvfølgelig ikke absolutt kvalitet, det avhenger av de spesifikke bruksscenariene.
Samplingsfrekvens
Når Lidar skildrer miljøet, sender det ut et punktskybilde. Antall målinger av punktskyen som kan fullføres per sekund er samplingsfrekvensen. I tilfelle av en fast hastighet bestemmer samplingsfrekvensen antall punktskyer i hver ramme av bildet og vinkeloppløsningen til punktskyene. Jo høyere vinkeloppløsningen og jo større antall punktskyer, jo mer detaljert viser bildet det omgivende miljøet.
Når det gjelder produktene på markedet, er samplingsfrekvensen til triangulasjonsradaren generelt under 20k, mens TOF-radaren kan oppnå høyere (for eksempel kan den andre-TOF-radaren PAVO nå en samplingsfrekvens på opptil 100k ). Årsaken er at TOF bare trenger en lyspuls for å fullføre en måling, og sanntidsanalyse kan også svare raskt. Men tre
Til
Beregningsprosessen som kreves for vinkelradar er lengre.
Figur 4. Imaging effekter av forskjellige samplingshastigheter for objekter på samme sted
(A): Lav samplingsfrekvens punktmønster; (B): High sampling rate point cloud pattern (PAVO)
Presisjon
Lidar er egentlig et avstandsmålingsapparat, så avstandsmålingsnøyaktighet er utvilsomt kjernevisningen. På dette punktet er nøyaktigheten av trigonometri veldig høy i nære avstander, men når avstanden blir lenger og lenger, vil nøyaktigheten av målingen bli verre og verre. Dette er fordi måling av trigonometri er relatert til vinkelen, og med avstanden Øk, blir vinkelforskjellen mindre og mindre. Derfor bruker den trekantede radaren vanligvis prosentvis markering ved nøyaktighetsmerking (vanlig som 1%), da er den maksimale feilen i en avstand på 20 m 20 cm. TOF-radaren er avhengig av flytid, og nøyaktigheten for tidsmåling endres ikke signifikant med økningen i lengde. Derfor kan de fleste TOF-radarer opprettholde en nøyaktighet på flere centimeter innenfor et måleområde på titalls meter.
Hastighet (bildefrekvens)
I mekanisk radar bestemmes bildefrekvens av motorens hastighet. Når det gjelder den todimensjonale lidaren som for tiden er på markedet, er den maksimale hastigheten til den trekantede radaren vanligvis under 20Hz, mens TOF-radaren kan oppnå omtrent 30Hz-50Hz. Generelt vedtar den trekantede radaren vanligvis strukturen til øvre og nedre splittede kropper, det vil si at den øvre delen er ansvarlig for laserutslipp, mottak og samling, og den nedre delen er ansvarlig for motorkjøring og strømforsyning. De for tunge bevegelseskomponentene begrenser høyere hastighet. TOF-radaren vedtar vanligvis en integrert halvfast struktur, og motoren trenger bare å kjøre speilet, så motorens strømforbruk er lite, og hastigheten som kan støttes er også høyere.
Selvfølgelig er forskjellen i hastighet som er nevnt her bare en objektiv analyse av eksisterende produkter. Det er faktisk ingen vesentlig sammenheng mellom hastigheten og radaren ved å ta TOF eller trianguleringsmetoden. Den vanlige TOF-radaren med flere linjer vedtar også den øvre og nedre delte strukturen. Tross alt er den optiske utformingen av koaksialstrukturen underlagt mange begrensninger. Hastigheten til multi-line TOF-radar er generelt under 20 Hz.
Imidlertid er høy hastighet (eller høy bildefrekvens) meningsfull for punktskyavbildning. Den høye bildefrekvensen er mer gunstig for å fange gjenstander med høy hastighet, for eksempel biler som kjører på motorveier. I tillegg, når du bygger et kart av seg selv, vil det bevegelige radarkartet bli forvrengt (for eksempel hvis en stasjonær radar skanner en sirkel som en sirkel, og når radaren beveger seg i en rett linje, blir det skannede bildet til en ellips). Åpenbart kan høy hastighet bedre redusere påvirkningen av denne typen forvrengning.
3. Kostnad
Hvis du bare ser på ytelsessammenligningen, ser det ut til at ytelsen til TOF-radaren overvelder den trekantede radaren. Produktkonkurranse er imidlertid ikke bare en konkurranse mellom ytelsesparametere, brukere bryr seg også om pris, stabilitet og service.
I det minste når det gjelder kostnad, er den nåværende kostnaden for en trekantet radar lavere enn for TOF-radaren, og kostnaden for en kort rekkevidde med en trekantet radar ligger allerede på nivået 100 yuan. For tiden er prisen på importert TOF-radar mer enn 10.000 yuan. Det kan sies at den høye prisen er en viktig faktor som begrenser den videre utvidelsen av TOF-lidarapplikasjoner.
Imidlertid, med økningen av innenlandske TOF-radarprodusenter de siste årene, har kostnadene for TOF-radar blitt redusert sterkt. Sammenlignet med importerte merker har prisen på innenlandske TOF-radarprodukter blitt ganske konkurransedyktig. I fremtiden, med forbedring av produksjonsteknologi og ytterligere økning av forsendelser, antas det at kostnadene for TOF-radar vil bli komprimert ytterligere, og det er ikke umulig å synke til et nivå som tilsvarer det for en trekantet radar.
Fire applikasjonsscenarier
Scenen til den trekantede radaren brukes hovedsakelig i innendørs kortdistanseapplikasjoner, og den mest typiske scenen er den feiende roboten. I scener med et stort deteksjonsområde (som kjøpesentre, flyplasser eller stasjoner), samt utendørs scener, brukes TOF mer. I tillegg er det verdt å nevne at delta-radaren, som er utsatt og roterende, gjør produktene sine veldig skjøre når det gjelder støv og vannmotstand. I noen spesielle applikasjoner, som for eksempel verkstedet der AVG-bilen fungerer, er det ofte mye støv. I miljøet er motoren til trekanten radar veldig lett å skade. Derimot kan den halvfaste designen som er tatt i bruk av TOF-radaren, gi bedre beskyttelse og lengre levetid.
Figur 5. Star-second TOF lidar
For tiden utvikler den innenlandske TOF-radaren seg raskt. 2D-sikkerhetslaserskanneren lansert av cyndar kan nå en måleavstand på 20m, en skyhastighet på 100kHz, en maksimal vinkeloppløsning på 0,036 ° og et IP65-beskyttelsesnivå. Applikasjonen har vært involvert ubemannet kjøring, robotteknologi, AGV, sikkerhet, vegadministrasjon og mange andre felt er utmerkede representanter for China' s TOF-radar.
