lidar의 초기 정의는 LIDAR, 영어는 빛 DeteaTIon 및 Ranging, 중국어 의미 "빛 감지 및 범위"입니다.
사실, 더 정확한 정의는 LADAR입니다: Laaser DetecTIon 및 Ranging, 즉, "레이저 감지 및 범위". 이것은 2004년에 제안된 정의로, 이는 lidar의 개념에 더 부합합니다.
Lidar는 실제로 광학 밴드 (특수 밴드)에서 작동하는 레이더의 일종이며, 그 장점은 매우 분명하다 :
1. 매우 높은 해상도 : Lidar는 광학 밴드에서 작동하며 주파수는 전자 레인지보다 2 ~ 3 배 더 높습니다. 따라서 전자레인지 레이더와 비교하여 lidar는 매우 높은 범위의 해상도, 각해상도 및 속도 해상도를 가지고 있습니다.
2. 강력한 간섭 방지 능력 : 레이저 파장이 짧고, 매우 작은 발산 각도 (μrad의 순서에) 레이저 빔을 방출 할 수 있으며, 다중 경로 효과는 작습니다 (방향 방출을 형성하지 않으며 전자 레인지 또는 밀리미터 파로 다중 경로 효과를 생성하지 않음), 검출 가능한 저고도 / 초저고도 표적;
3. 획득된 정보의 양은 풍부하다: 대상의 거리, 각도, 반사 강도, 속도 및 기타 정보는 대상의 다차원 이미지를 생성하기 위해 직접 얻을 수 있다;
4. 하루 종일 작동 할 수 있습니다 : 레이저 활성 검출, 외부 조명 조건 또는 대상 자체의 방사선 특성에 의존하지 않습니다. 그것은 단지 자신의 레이저 빔을 방출하고 방출 된 레이저 빔의 에코 신호를 감지하여 대상 정보를 얻을 필요가있다.
그러나 lidar의 가장 큰 단점은 대기 환경과 작업 환경의 연기에 쉽게 영향을 받는다는 것입니다. 전천후 근무 환경을 달성하는 것은 매우 어렵습니다.
리다르 분류
lidar의 분류가 시스템으로 나뉘면 주로 직접 검출 lidar 및 일관된 검출 lidar가 있습니다. 사실, 우리가 현재 언급 한 것은, 자동 운전, 로봇, 측량 및 매핑에 사용되는 lidar를 포함, 기본적으로 직접 감지 lidar의이 유형에 속한다. 풍력 측정 및 속도 측정과 같은 일부 특수 레이더는 일반적으로 일관된 시스템을 사용합니다. lidar의 분류가 시스템으로 나뉘면 주로 직접 검출 lidar 및 일관된 검출 lidar가 있습니다. 사실, 우리가 현재 언급 한 것은, 자동 운전, 로봇, 측량 및 매핑에 사용되는 lidar를 포함, 기본적으로 직접 감지 lidar의이 유형에 속한다. 풍력 측정 및 속도 측정과 같은 일부 특수 레이더는 일반적으로 일관된 시스템을 사용합니다.
응용 프로그램 분류에 따르면, 레이저 레인지파인더, 레이저 3차원 이미징 레이더, 레이저 속도 측정 레이더, 레이저 대기 감지 레이더 등과 같은 더 많은 것을 나눌 수 있습니다.
단일 라인 라이다, 다중 라인 라이다 또는 측량 lidar이든, 우리는 기본적으로 레이저 3 차원 이미징 레이더의 범주로 나눌 수 있습니다.
레이저 3차원 이미징 레이더는 사실 대상 거리 정보와 대상 각도 정보라는 두 가지 핵심 정보를 얻어야 합니다.
3차원 앉아 표준을 결정하면 거리, 아지무트 및 피치 각도 정보를 얻어야 합니다. 그런 다음 거리, 아지무트 각도 및 피치 각도의 세 가지 정보에 기초하여 대상의 3차원 좌표점을 계산합니다.
일반적으로 인코더를 측정하여 각도 정보를 얻는 기술은 매우 성숙합니다. 우리는 lidar의 거리 정보를 얻는 방법에 대해 더 우려하고 있습니다.
레이저 3차원 이미징 레이더는 직접 레인지 및 직접 각도 측정 기술을 통해 대상의 3차원 점 클라우드 데이터를 얻을 수 있으며, 얻어진 데이터는 그 자체로 3차원 데이터이다. 대상3차원 영상을 생성하기 위해 많은 양의 계산 및 처리가 필요하지 않으며, 레이저 레인지는 매우 높은 정밀도를 갖는다.
따라서, 레이저 3차원 이미징 레이더는 현재 3차원 장면의 넓은 범위의 영상을 얻을 수 있는 가장 효율적인 센서이며, 또한 현재 3차원 장면의 최고 정확도를 얻을 수 있는 센서이다.
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레이저 레인지 방법
현재, 우리가 일반적으로 볼 수있는 거리 측정 방법은 광범위한 범주로 나눌 수 있습니다 : 비행의 레이저 시간 (비행의 TIme, TOF) 방법 및 삼각 측량 방법.
레이저 비행 시간 방법은 두 가지 범주로 나눌 수 있고, 하나는 펄스 변조(pulse ranging technology)이며, 다른 하나는 위상 차이를 통해 거리 정보를 측정하는 레이저 연속 파 강도 변조의 위상 변조이다.
우리가 시장에서 볼 수있는 rangefinders, 또는 한 줄 및 다중 라인 lidars, 기본적으로 범위 방법의 이러한 세 가지 유형을 사용합니다.
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레이저 펄스 범위 기술
레이저 펄스 범위 기술의 원리는 매우 간단하다 : 레이더와 대상 사이의 레이저 펄스의 비행 시간을 측정하여 대상의 거리 정보를 얻을. 벤치마크는 빛의 속도인 여기에서 사용됩니다. 모든 측정에는 데이텀이 있어야 합니다. TOF에 사용되는 데이텀은 레이저의 비행 속도이기 때문에 레이저의 경우 속도와 주파수 (가장 정확한 두 개의 다툼)의 두 개의 다툼이 있습니다.
위에서 언급한 세 가지 방법 중가장 어려운 기술적 문제는 펄스 범위 방법이라고 생각합니다. 그러나 그것이 가져오는 장점은 분명하다 : 측정 속도는 매우 빠릅니다. 측정은 피크 값이 높은 레이저에 의해 수행되기 때문에, 그 방해 방지 능력은 매우 강하다.
단점은 범위 해상도를 개선하기 어렵고 검출 회로가 어렵다는 것입니다. 예를 들어, 위상 에 대한 1.5 밀리미터의 해상도를 달성하려면 100G 대역폭과 동일한 10 picoseconds의 타이밍 클럭 해상도를 달성해야 합니다. 이것은 매우 어려운 기술입니다.
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레이저 위상 범위
일반적인 핸드헬드 레이저 레인지 파인더와 같은 레이저 위상 범위는 위상 배열을 사용합니다. 주로 레이더와 대상 사이를 앞뒤로 날아다니는 강도 변조 연속 파레이저 신호에 의해 생성된 위상 차이를 측정하여 거리 정보를 얻는다.
이 기술의 가장 큰 장점: 범위 해상도는 매우 높습니다. 현재 일반 시장의 위상 범위 파인더는 밀리미터 수준의 해상도를 달성할 수 있습니다.
단점은 측정 속도가 펄스 범위보다 느리다는 것입니다. 결국, 우리는 적어도 수십 또는 수백 개의 사이클의 위상 차이를 보정해야합니다. 사실, 그것은 단계적으로 측정 시간을 연장에 해당, 다음 측정 속도 상대적으로 낮은. 또한 측정 정확도는 대상 형상 이동에 상대적으로 취약합니다. 측정된 광점에서 두 대상이 나란히 있는 경우, 실제로 측정한 특정 정보는 이전 대상 정보 나 다음 대상 정보가 아닌 두 대상 사이의 평균 거리입니다.
그러나 펄스 범위에서 이러한 정보를 쉽게 분리할 수 있습니다. 예를 들어, 레이저 펄스의 경우 10나노초의 펄스 폭을 달성할 수 있다면, 우리는 여러 개의 에코로 앞에서 후면까지 30cm인 표적을 구별할 수 있습니다.
이 방법을 단계 범위로 구별하기는 어렵습니다. 측정 과정에서 그 시간이 길어지고, 대상 모션에 의해 유입되는 거리 정보가 측정된 값으로 도입되기 때문이다. 사실 실시간 정보가 아닌 평균 거리 정보를 측정합니다. 그러나 레이저 펄스 배열은 실제로 현재 위치에 대한 실시간 정보입니다.
차량이나 로봇용 리다르가 위상 범위 기술 대신 레이저 펄스 범위 기술을 사용하는 경우가 많습니다.
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삼각 측량
삼각측량 거리 측정은 카메라내 레이저 조사 지점의 이미징 위치를 측정하여 거리 정보를 얻는 것입니다. 삼각측량 방법의 가장 큰 장점은 기술적 난이도가 낮고, 비용도 매우 낮으며, 근거리에서 배열하는 정확도도 매우 높다는 것입니다. 예를 들어, 산업 사용은 100 미크로닌 범위의 정확도를 달성할 수 있습니다.
그러나 단점은 그 정확도가 거리의 증가와 함께 점차적으로 악화되고 기본적으로 펄스 범위 및 위상 범위와 비교할 수 없다는 것입니다.
또 다른 점은 CMOS 카메라가 연속 레이저를 사용하여 동기적으로 조명해야 하기 때문에 평균 전력이 상대적으로 낮으며 간섭 방지 능력이 매우 강할 것입니다. 배열의이 방법은 일반적으로 실내 클로즈업 작업에 적합하지만, 야외 눈부심 배경 또는 실내 눈부심 배경에서 작업에 적합하지 않습니다.
삼각측량 거리 측정은 로봇과 같은 성능이 낮은 장면에 더 적합합니다. 상대적으로 높은 비용 및 기술적 난이도 외에도 펄스 범위는 다른 측면에서 우수한 성능을 가지고 있습니다. 물론, 그 범위의 정확도는 위상 범위의 그보다 약간 낮을 것입니다. 그러나 현재 기술에 따르면 이러한 종류의 정확도는 기본적으로 센티미터 또는 몇 밀리미터 의 순서로 거리 측정 정확도에 도달 할 수 있으며 기본적으로 여러 번 사용 요구 사항을 충족 할 수 있습니다.
우리의 주요 방향은 다중 선 레이더를 포함하여 한 줄 레이더를 수행하는 펄스 배열을 사용하는 것입니다.
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한 줄의 lidar란 무엇입니까?
단일 라인 lidar는 실제로 고주파 펄스 레이저 레인지 파인더, 플러스 1 차원 회전 스캔. 단일 라인 리다의 특징:
1. 전송하는 한 가지 방법과 수신하는 한 가지 방법이 있으며, 구조는 비교적 간단하고 사용하기 쉽습니다.
2. 높은 스캐닝 속도와 높은 각도 해상도;
3. 낮은 부피, 무게 및 전력 소비;
4. 높은 신뢰성;
5. 저렴한 비용;
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한 줄의 리다 (lidar)는 무엇을 할 수 있습니까?
자율 주행 분야에서는 기본적으로 멀티 라인 라이다, 한 줄 레이저를 볼 수 있습니다.
레이더는 무엇을 할 수 있습니까?
위의 그림과 같이, 미국에서 DARPA 오토 파일럿 챌린지에 참여하는 최초의 자동차는 2005 년 스탠포드 자동차인 Stanly입니다. 이 차는 그 해 챔피언십에서 우승한 차입니다. 다른 하나는 카네기 멜론 대학의 자동차입니다.
그 당시 그들은 기본적으로 한 줄의 lidar를 사용하고 있었습니다. 특히 스탠포드 대학 경쟁 자동차에 대 한, 바로 위에 설치 된 5 개의 lidars있다, 우리는 멀티 라인 lidar의 창시자로 생각할 수 있습니다,하지만 멀티 라인 lidar 기능을 달성하기 위해 다섯 개의 한 줄 lidars를 사용합니다.
벨로다인이 2007년에 64라인 리다를 출시한 후, 많은 자율 주행 차량이 기본적으로 벨로다인 제품을 사용했습니다. 그러나 이것은 한 줄 lidar가 보조 또는 자율 주행에 시장이 없다는 것을 의미합니까? 그렇게 생각하지 않아요. 예를 들어, 한 줄lidar의 특성을 가지고 있기 때문에 다중 라인 리다르가 높은 반복 속도와 높은 각도 해상도로 동일한 기술 지표를 달성하기가 어렵습니다. 한 줄 레이저 레이더는 다중 라인 리다보다 더 높은 각도 해상도를 가질 수 있기 때문에 보행자 감지, 장애물 감지(소형 표적 감지) 및 전방 장애물 감지 측면에서 한 줄 레이저는 다중 라인 리다보다 더 높은 각도 해상도를 가질 수 있기 때문에 다중 라인 리다보다 많은 장점이 있습니다. 이것은 작은 물체 또는 보행자를 감지하는 데 매우 유용합니다. 이 기술은 지능형 로봇과 서비스 로봇에 매우 유용하며,이 기술은 또한 뜨거운 분야입니다.
많은 사람들이 카메라 대신 차선 감지를 위해 lidar를 사용하는 이유를 묻는 질문을 할 수 있습니다. ADAS 알고리즘이 매우 성숙하지 않습니까? 왜 리다를 사용해야 하나요?
이는 카메라가 특히 배경광이나 강한 빛의 간섭에 취약하기 때문입니다. 예를 들어, 나무가 늘어선 도로를 걸을 때 나무그늘이 반점에 빠진 다음 흰색 차선 선과 결합하면 차선선을 인식하기가 매우 어렵고 인식 확률은 복잡한 조명 또는 강한 조명 조건에서 발생합니다. 인식 확률은 매우 낮으며 알고리즘은 매우 복잡합니다.
그렇다면 차선 감지를 위해 lidar를 사용하면 어떤 이점이 있을까요? 첫째, 적외선 밴드에서 가시광선보다 훨씬 낮은 방사선을 가진 적외선 레이저를 사용하고 있습니다. 둘째, 우리는 직접 강한 배경 빛을 필터링하는 매우 좁은 필터를 추가합니다. 그런 다음 적외선을 사용하여 감지합니다. 이러한 방식으로 차선선의 매우 높은 품질의 이미지를 얻을 수 있으며, 이미지의 그레이스케일을 통해 차선선을 감지하기가 매우 쉽습니다. 즉, 차선 선 감지를 위해 lidar를 사용하면 성능이 카메라보다 높습니다.
보조 주행에서 한 줄의 리다의 적용은 보행자 감지입니다. 사실, 이것은 또한 자동차 충돌 방지와 기본적으로 유사한 전방 충돌 방지 응용 프로그램입니다. 한 줄 의 각 해상도는 다중 선 리다보다 높을 수 있기 때문에 보행자는 더 먼 거리에서 사전에 감지되어 제어 시스템이나 운전자에게 더 많은 경고 시간을 남길 수 있습니다.
