長所と短所は何ですか?三角測量と TOF LIDAR 分析!
多くのスマートデバイスのコアセンサーとして、LIDARが広く使用されています。現在では、無人車両、サービスロボット、AGVフォークリフト、インテリジェント道路管理と輸送、自動生産ラインなどでLIDARを頻繁に見ることができ、人工知能業界のチェーンに不可欠な地位を示すのに十分です。
市場の主流のLIDAR製品に関する限り、環境検出と地図建設に使用されるレーダーは、技術的なルートに応じて大きく2つのカテゴリに分けることができます。1つはTOF(飛行時間)レーダーで、もう1つは三角形の測距レーダーです。私は多くの人がこの2つの用語に精通していると思いますが、これら2つのソリューションが原理、パフォーマンス、コスト、アプリケーション、そしてその背後にある理由の面で良いか悪いかを言いたい場合は、多分誰もが多かれ少なかれ持っています。疑った。今日、編集者はいくつかの提案を与え、これらの問題を分析します。
1. 原則
三角測量法の原理を下図に示します。レーザーはレーザー光を発する。物体を照射した後、反射光はリニアCCDで受信される。レーザーと検出器は一定の距離で分離されるため、異なる距離の物体は、光路に従ってCCD上で画像化されます。異なる場所。三角法の計算式に従って、測定されたオブジェクトの距離を導き出すことができます。
ただ、原則を見て、あなたはそれが非常に簡単だと思いますか?
図 1.三角測量の原理
ただし、TOF の原理は単純です。図2に示すように、レーザーはレーザーパルスを発し、放射時間はタイマーによって記録され、戻り光は受信機によって受信され、戻り時間はタイマーによって記録される。2回は、光の「飛行時間」を得るために減算され、光の速度は一定であるため、速度と時間が分かってから簡単に距離を計算することができます。
図 2.TOFの測距原理
すべてが覚えているのと同じくらい単純であれば、世界は素晴らしいものになるのは残念です。これら 2 つのスキームは、特定の実装で独自の課題を抱えていますが、それに比べて、TOF は明らかに克服するのが難しい課題を抱えています。
TOFレーダーの実現における主な困難は次のとおりです。
1 つ目はタイミングの問題です。TOF スキームでは、距離の測定は時間測定によって異なります。しかし、光の速度が速すぎるので、正確な距離を得るために、タイミングシステムの要件は非常に高くなります。データの 1 つは、LIDAR が 1cm の距離を測定する必要があり、対応する期間は約 65ps であるということです。電気的特性に少し精通している学生は、回路システムの背後にあるこれが何を意味するのかを知る必要があります。
2つ目はパルス信号の処理です。2 つの部分があります。
1つはレーザーです:デルタレーダーでは、レーザー駆動の要件はほとんどありません。測定はレーザーエコーの位置に依存するため、発光するのに必要な連続光は1つだけである。しかし、TOFは動作しません。パルスレーザーが必要なだけでなく、品質も悪くない。現時点では、TOFレーダーの発信光のパルス幅は、約数ナノ秒であり、立ち上がりエッジはできるだけ速くする必要があります。したがって、各製品のレーザー駆動方式も高低点である。
もう一つは受信機です。一般的に言えば、エコー時間識別は実際には立ち上がりエッジの時間識別である。そのため、エコー信号を処理する際には、信号ができるだけ歪んでいないことを確認する必要がある。また、信号が歪んでいなくても、エコー信号が理想的な方波とはならないため、同じ距離で異なる物体を測定すると、正面エッジも変化します。例えば、白紙と黒紙を同じ位置で測定すると、下図に示すように2つのエコー信号を得ることができ、時間測定システムは2つの前縁が同時に(距離が同じ距離であるため)、特別な処理を必要とする。
図 3.反射率の異なるエコー信号の違い
また、受信端は信号飽和やノイズフロア処理などの問題にも直面しており、難しいと言えます。
第二に、パフォーマンスPKは、理由を知って、理由を知っていますか?
しかし、実際には、下流のユーザーの観点から、実装が簡単か難しいかは気にしません。ユーザーは、パフォーマンスと価格の2点しか気にしません。まずはパフォーマンスについてお話ししましょう。この業界を知っているほとんどの人がTOFレーダーがパフォーマンスの三角形レーダーよりも優っていることを知っていれば。しかし、具体的な側面とその背後にある理由は何ですか?
測定距離
原則として、TOFレーダーはより長い距離を測定することができます。実際には、ドライバーレス車のアプリケーションなど、距離測定を必要とする場合には、ほぼすべてのTOFレーダー。三角測量レーダーが遠くまで測定できない理由はいくつかあります。第一に、原則として限られている。実際、図1を注意深く観察することは難しくない。三角測量レーダーで測定するオブジェクトが遠いほど、CCD の位置差は小さくなります。一定の距離を超えると、CCDはほとんど区別できません。2つ目は、三角レーダーではTOFレーダのように高い信号対雑音比を得ることができないということです。TOFはパルスレーザーサンプリングを使用し、周囲光の影響を低減するために視野を厳密に制御することができます。長距離測定の前提条件は次のとおりです。
もちろん、距離は絶対的な品質を意味するものではなく、特定の使用シナリオに依存します。
サンプリングレート
LIDAR は環境を描写すると、点群イメージを出力します。1 秒あたりに完了できる点群の測定値の数は、サンプリング レートです。固定速度の場合、サンプリング レートによって、イメージの各フレーム内の点群の数と点群の角度の解像度が決まります。角度の解像度が高く、点群の数が多いほど、周囲の環境を詳細に描写します。
市場の製品に関する限り、三角測量レーダーのサンプリングレートは一般的に20k未満ですが、TOFレーダーはより高く達成することができます(例えば、星2番目のTOFレーダーPAVOは最大100kのサンプリングレートに達することができます)。その理由は、TOF は測定を完了するために 1 つの光パルスしか必要としない、リアルタイム分析も迅速に応答できるからである。しかし、3
宛先
角レーダに必要な計算プロセスは長くなります。
図 4.同じ位置にあるオブジェクトの異なるサンプリングレートのイメージング効果
(A): 低サンプリング レート 点群パターン。(B): 高サンプリング レート 点群パターン(PAVO)
精度
LIDARは本質的に距離測定装置であるため、距離測定精度は間違いなくコアインジケータです。この時点で三角法の精度は近距離で非常に高いですが、距離が遠くなるにつれて、測定の精度はますます悪化します。これは、三角法の測定が角度に関連しており、距離の増加に伴って角度の差が小さく、小さくなるためです。したがって、三角レーダーは通常、マーキング精度(1%など)の場合にはパーセンテージマーキングを使用し、20mの距離で最大誤差は20cmです。TOFレーダーは飛行時間に依存し、時間測定精度は長さの増加に伴って大きく変化しません。そのため、ほとんどの TOF レーダーは数センチの測定範囲内で数センチの精度を維持できます。
速度(フレームレート)
メカニカルレーダーでは、イメージフレームレートはモーターの速度によって決まります。現在市場に出回っている2次元ライダーに関する限り、三角レーダーの最高速度は通常20Hz以下ですが、TOFレーダーは約30Hz-50Hzを達成することができます。一般的に、三角形のレーダーは、通常、上部と下の分割体の構造を採用し、すなわち、上部はレーザーの放出、受信および収集を担当し、下の部分は、モータ駆動と電源を担当しています。過度に重いモーションコンポーネントは、より高速に制限されます。TOFレーダーは通常、統合された半固体構造を採用し、モーターはミラーを駆動するだけで済むため、モータの消費電力が小さく、対応可能な速度も高くなります。
もちろん、ここで言及されている速度の違いは、既存の製品の客観的な分析に過ぎません。実際、TOFや三角測量法を採用する速度とレーダーとの間には重要な関係はありません。主流のマルチラインTOFレーダーも上下の分割構造を採用しています。結局のところ、同軸構造の光学設計は多くの制限の対象となる。マルチライン TOF レーダーの速度は、一般的に 20 Hz 以下です。
ただし、高速(または高フレームレート)は、点群イメージングに有効です。高いフレームレートは、高速道路を走行する車両などの高速移動物体をキャプチャするのに役立ちます。さらに、マップを単独で作成する場合、移動するレーダー マップが歪みます(たとえば、静止レーダーが円として円をスキャンした場合、レーダーが直線上を移動すると、スキャンされた画像は楕円になります)。明らかに、高速は、より良い歪みのこの種の影響を減らすことができます。
3. コスト
性能比較だけを見ると、TOFレーダーの性能が三角レーダーを完全に圧倒しているようです。しかし、製品の競争は単なるパフォーマンスパラメータの競争ではなく、ユーザーは価格、安定性、サービスについても気にします。
少なくともコスト面では、三角形レーダーの現在のコストはTOFレーダーよりも低く、短距離三角形レーダーのコストはすでに100元のレベルにあります。現在、輸入TOFレーダーの価格は10,000元以上です。高価格は、TOF LIDARアプリケーションのさらなる拡大を制限する重要な要因であると言えます。
しかし、近年の国内TOFレーダーメーカーの台頭に伴い、TOFレーダーのコストは大幅に削減されました。輸入ブランドと比べると、国内のTOFレーダー製品の価格は非常に競争力を持つようになりました。今後、生産技術の向上や出荷の増加に伴い、TOFレーダのコストはさらに圧縮されると考えられており、三角レーダーと同様のレベルにまで下げることは不可能ではありません。
4 つのアプリケーション シナリオ
三角レーダーのシーンは主に屋内の短距離用途で使用され、最も典型的なシーンは掃引ロボットです。検出範囲が広いシーン(ショッピングモール、空港、駅など)や屋外シーンでは、TOFがより広く使用されています。さらに、露出して回転するデルタレーダーは、ほこりや耐水性の面で製品を非常に壊れやすいものにすることは言及する価値があります。AVGカーが動作するワークショップのようないくつかの特別なアプリケーションでは、多くの場合、ほこりが多いです。環境では、三角形のレーダーのモーターは非常に損傷しやすいです。対照的に、TOFレーダーによって採用される半固体設計はよりよい保護およびより長い労働生命を提供できる。
図 5.スターセカンド TOF ライダー
現在、国内のTOFレーダーは急速に発展しています。シンダルが打ち上げた2D安全レーザースキャナは、測定距離20m、点群速度100kHz、最大角解像度0.036°、IP65保護レベルに達することができます。そのアプリケーションは、無人運転、ロボット工学、AGV、セキュリティ、道路管理および他の多くの分野は、中国のTOFレーダーの優れた代表が関与しています。
