激光雷达被认为是各行各业的关键传感技术,在机器人、无人驾驶、智慧城市等领域充当着推动者的角色。而近年来一直被寄予厚望的固态激光雷达成为业内关注的热点。

何为固态激光雷达?

理论上来说,固态激光雷达是完全没有移动部件的雷达,光相控阵(Optical Phased Array)及Flash是其典型技术路线,也被认为是纯固态激光雷达方案。

但近年来,一些非完全旋转的激光雷达也被统称为“固态激光雷达”,它们具备了固态激光雷达很多的性能特点,如分辨率高、有限水平FOV(前向而不是360°)等,但这些技术方案会有一些微小的移动部件,从严格意义上来说不能算纯固态激光雷达。

 

固态激光雷达工作原理

固态激光雷达主要是依靠波的反射或接收来探测目标的特性,大多源自三维图像传感器的研究,实际源自红外焦平面成像仪,焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列,从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上,探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持,通过输出缓冲和多路传输系统,最终送达监视系统形成图像。

固态激光雷达形成的三种技术路线

经过多年的发展,固态激光雷达的基本框架已经比较清晰了,以下是目前主流的三种方案。

1.MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)微机电系统

MEMS指代的是将机械机构进行微型化、电子化的设计,将原本体积较大的机械结构通过微电子工艺集成在硅基芯片上,进行大规模生产。技术成熟,完全可以量产。主要是通过MEMS微镜来实现垂直方面的一维扫描,整机360度水平旋转来完成水平扫描,而其光源是采用光纤激光器,这主要是由于905纳米的管子重频做不高,重频一高平均功率就会太大,会影响激光管的寿命。

从严格意义上来说,MEMS并不算是纯固态激光雷达,这是因为在MEMS方案中并没有完全消除机械,而是将机械微型化了,扫描单元变成了MEMS微镜。

2.OPA(optical phased array)光学相控阵技术

相比其他技术方案,OPA方案给大家描述了一个激光雷达芯片级解决方案的美好前景,它主要是采用多个光源组成阵列,通过控制各光源发光时间差,合成具有特定方向的主光束。然后再加以控制,主光束便可以实现对不同方向的扫描。雷达精度可以做到毫米级,且顺应了未来激光雷达固态化、小型化以及低成本化的趋势,但难点在于如何把单位时间内测量的点云数据提高以及投入成本巨大等问题。

3.Flash

Flash激光雷达的原理也是快闪,它不像MEMS或OPA的方案会去进行扫描,而是短时间直接发射出一大片覆盖探测区域的激光,再以高度灵敏的接收器,来完成对环境周围图像的绘制。

固态激光雷达的优劣

利用光学相控阵扫描技术的固态激光雷达的确有很多优势,例如:

①其结构简单,尺寸小,无需旋转部件,在结构和尺寸上可以大大压缩,提高使用寿命并使其成本降低。

②扫描精度高,光学相控阵的扫描精度取决于控制电信号的精度,可以达到千分之一度量级以上。

③可控性好,在允许的角度范围内可以做到任意指向,可以在重点区域进行高密度的扫描。

④扫描速度快,光学相控阵的扫描速度取决于所用材料的电子学特性,一般都可以达到MHz量级。

当然固态激光雷达也同样存在一些劣势,如:

①扫描角有限,固态意味着激光雷达不能进行360度旋转,只能探测前方。因此要实现全方位扫描,需在不同方向布置多个(至少前后两个)固态激光雷达

②旁瓣问题,光栅衍射除了中央明纹外还会形成其他明纹,这一问题会让激光在最大功率方向以外形成旁瓣,分散激光的能量。

③加工难度高,光学相控阵要求阵列单元尺寸必须不大于半个波长,一般目前激光雷达的工作波长均在1微米左右,故阵列单元的尺寸必须不大于500nm。而且阵列密度越高,能量也越集中,这都提高了对加工精度的要求,需要一定的技术突破。

④接收面大、信噪比差:传统机械雷达只需要很小的接收窗口,但固态激光雷达却需要一整个接收面,因此会引入较多的环境光噪声,增加了扫描解析的难度。

总的来说,目前,固态激光雷达在其本该有的特性上(可靠性强、成本低及测距远),市面上现有的雷达产品很难同时满足,这也决定了固态激光雷达在短时间内是很难被产品化。同时也导致了目前所有固态雷达公司的交货日期都在不断延长。

虽然很多业内人士预测,未来固态化、小型化、低成本化将是未来激光雷达的发展趋势,但目前,机械式激光雷达仍是主流。

固态激光雷达原理及优劣相关推荐

  1. 聊聊激光雷达原理之光学原理

    聊聊激光雷达原理之光学原理 文章目录 聊聊激光雷达原理之光学原理 光源 波长的选择 光束质量 EEL vs VCSEL vs 光纤激光器 中心波长偏移 发射透镜 接收透镜 Sensor 光路分类 旁轴 ...

  2. 一文详解激光雷达原理之光学原理

    来源丨新机器视觉 点击进入->3D视觉工坊学习交流群 之前我们讲到激光雷达根据接收原理一般分为iTOF/ dTOF(SPAD/ APD),根据扫描方式又可以分为机械旋转式激光雷达/ 半固态(有的 ...

  3. 【速腾聚创混合固态激光雷达RS-M1简介与实物开箱】

    [RS-M1系列 - 0]速腾聚创混合固态激光雷达RS-M1简介与实物开箱 这是我在CSDN的第一篇博客,文中难免有疏漏甚至错误,如有错误敬请在评论区指出,相互学习~ 网上关于传统机械式激光雷达的技术 ...

  4. 基于固态激光雷达Livox的建图与定位系统!提供Docker自测!

    点击上方"3D视觉工坊",选择"星标" 干货第一时间送达 作者丨黄思渊 来源丨 计算机视觉life 今天介绍一个最新的SLAM开源算法,作者开源了一套完整易用的 ...

  5. LE-VINS:固态激光雷达增强的视觉惯性导航系统

    在光照剧烈变化.动态物体.弱纹理等视觉退化场景,视觉路标点的深度估计难度急剧增加,导致视觉惯性导航系统(VINS)的精度和鲁棒性恶化.采用非重复扫描原理的固态激光雷达,为解决视觉路标点深度估计问题带来 ...

  6. 大疆半固态激光雷达Horizon的优缺点

    原文链接: 大疆激光雷达,车厂为何不爱? 优点: 1.成本低,可以量产:2020 年,在当年的 CES 展会上,大疆 Livox 发布了 Horizon(浩界)和 Tele-15(泰览),前者的售价仅 ...

  7. 汽车环境感知技术详解【 持续更新ing 】— 激光雷达原理及应用

    专栏解读: 本专栏针对自动驾驶技术(智能网联汽车技术)中的感知技术进行详细介绍. 包含: 汽车感知技术概念 多传感器融合原理 各传感器原理及应用(超声波,毫米波,激光雷达,视觉传感器,全球定位系统) ...

  8. 面向固态激光雷达和惯导的里程计和建图

    点云PCL免费知识星球,点云论文速读. 文章:Towards High-Performance Solid-State-LiDAR-Inertial Odometry and Mapping 作者:K ...

  9. LiDAR 4 固态激光雷达 (Flash LiDAR)

    固态激光雷达分为Flash LiDAR和OPA (Optical Phased Array) LiDAR,Flash LiDAR是非扫描式的,OPA LiDAR 是扫描式的.Flash LiDAR的发 ...

最新文章

  1. HTTP/HTTPS的请求和响应
  2. vector机器人 UPDATING YOUR VECTOR ACCOUNT 更新你的 VECTOR 帐户
  3. r语言可以写c程序吗,[求助]R一般用什么写程序?
  4. 解决:elasticsearch 更新报错:The number of object passed must be even but was [1]
  5. A*搜索算法--游戏寻路
  6. linux的基础知识——信号的四要素和kill
  7. 学习STP的一些总结
  8. MySQL(4)---MYSQL 数据类型
  9. 4 转推流格式_ppt 转 pdf怎么转?这个宝藏技巧不会太亏了!
  10. 20200926:(leetcode207周周赛题解(上))
  11. linux halcon 加密狗,不安装HALCON下安装运行版U盘加密狗驱动
  12. 2018CVPR:Non-local Neural Networks(自注意力机制捕获远程依赖)
  13. 东南大学计算机考研代码,东南大学代码_东南大学专业代码_2021东南大学招生代码,报考代码...
  14. 转载 java基础题(面试必知)
  15. 关于Java的char类型,字符集,字符编码三者的关系
  16. 【贪玩巴斯】数字信号处理Digital Signal Processing(DSP)——第三节「离散时间 系统 详解」2021-09-29
  17. 攻略| Win10 C盘越用越大 清理工具不管用可试试这个办法
  18. C++ 数据存储类型
  19. 【javascript】设计模式
  20. easyexcel的使用-个人笔记

热门文章

  1. 数据库——男或女性别约束
  2. IT咨询公司薪酬比较
  3. HTML5七夕情人节表白网页制作【原生JS制作爱心表白代码】HTML+CSS+JavaScript
  4. 天龙八部3服务器延迟,残酷45分钟 《天龙八部3》云服务器经验战役
  5. 数据分析之道 :抽丝剥茧,存乎一心
  6. 用了这么久的支付宝,这几个隐藏功能你还不知道?
  7. Wireshark抓取QQ数据包实例分析
  8. GIS十问之五:如何获得最靠谱的招聘信息?
  9. 纯css实现iphone按钮(例飞行模式)
  10. Web使用HarmonyOS字体的压缩方案