Klasifikasi dan Metode Pemindaian Sensor Laser LiDAR

LiDARSensor Laser secara aktif memancarkan sinar laser dan dapat memperoleh informasi seperti jarak, orientasi, kecepatan dan kontur target yang mengganggu dengan presisi tinggi dan resolusi tinggi. Ini telah banyak digunakan di berbagai bidang seperti keamanan perkotaan dan keamanan industri. Artikel ini secara singkat memperkenalkan produsen lidar keamanan utama dalam dan luar negeri serta spesifikasi teknis produknya. Menggabungkan kebutuhan aplikasi keamanan yang berbeda, prinsip, karakteristik, dan situasi terkini lidar dalam sistem teknis yang berbeda dibahas dari tiga aspek: skema jangkauan, metode pemindaian, dan pemilihan sumber cahaya. Terakhir, tren penerapan dan prospek pengembangan lidar keamanan dirangkum dan diperkirakan. Untuk memenuhi kebutuhan aplikasi keamanan konsumen, lidar keamanan akan dikembangkan lebih lanjut ke arah biaya rendah, kinerja tinggi, serialisasi, miniaturisasi, solid state, chipisasi, dan integrasi multi-sumber.

Tergantung pada apakah ada komponen bergerak di dalam sistem, lidar dapat dibagi menjadi lidar mekanis dan lidar solid-state. Diantaranya, metode implementasi solid-state lidar meliputi sistem mikro-elektromekanis (Micro-ElectroMechanical System, MEMS), teknologi Flash dan teknologi OPA.

Menurut karakteristik kendali berkas dalam mode pemindaian, lidar dapat dibagi menjadi lidar pemindaian dan lidar non-pemindaian. Diantaranya, lidar non-pemindaian mencapai pencitraan target dengan menutupi pemandangan dengan cahaya, seperti lidar array area Flash. Metode pemindaian yang tepat dapat memungkinkan lidar keamanan memperoleh bidang pandang dan resolusi yang lebih besar, sekaligus membuat seluruh struktur lebih stabil. Oleh karena itu, pilihan teknologi pemindaian sangat mempengaruhi siklus hidup lidar, yang pada gilirannya menentukan apakah lidar keamanan dalam sistem ini dapat diproduksi secara massal. Diantaranya, jangkauan deteksi yang jauh dan bidang pandang yang luas merupakan indikator utama lidar keamanan, dan juga menentukan prospek penerapan lidar keamanan di masa depan.

1. Sensor Laser LiDAR Mekanis
Lidar mekanis mengacu pada penggunaan rotasi mekanis untuk mencapai pemindaian laser. Motor menggerakkan modul jangkauan satu titik atau multi titik untuk berputar guna mencapai pemindaian area 360 derajat penuh atau sudut besar lainnya. Prinsip kerja lidar mekanis ditunjukkan pada Gambar 1. Keunggulannya adalah prinsip sederhana, kemudahan berkendara, dan bidang pandang pemindaian yang besar. Ini adalah yang pertama digunakan secara luas dan menjadi solusi pemindaian untuk produk lidar keamanan utama di pasar. Dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti lensa, struktur mekanis, dan papan sirkuit, banyak modul rentang titik biasanya tidak dapat dioptimalkan dalam hal ukuran dan berat. Oleh karena itu, ketika motor menggerakkan modul berputar dalam waktu lama, bantalan mudah aus. Hal ini membuat pemindaian mekanis tradisional dikritik dalam hal masa pakai dan keandalan, serta biaya yang disebabkan oleh peningkatan keausan. Ini juga merupakan masalah yang sangat nyata. Oleh karena itu, pasar keamanan awal sebagian besar mengadopsi pengurangan dimensi dan solusi berbiaya rendah, yaitu menggunakan radar laser garis rendah bersama dengan sensor lainnya. Ini memiliki tampilan kompak dan bidang pandang pemindaian yang besar, dan cocok untuk skenario seperti perlindungan bangunan dan perlindungan perimeter regional.

Gambar 1 Prinsip kerja LiDAR mekanis tradisional

Saat ini, tantangan terbesar yang dihadapi desain LiDAR adalah mencapai kinerja dan ketahanan sekaligus mencapai produksi massal dengan biaya yang wajar. Namun, lidar mekanis tidak dapat dipromosikan secara luas di bidang keamanan karena komponen elektronik inti yang berlebihan, sehingga sulit untuk mengurangi ukuran dan biayanya. Untuk tujuan ini, komponen inti lidar diintegrasikan ke dalam chip sirkuit terintegrasi khusus aplikasi (ASIC) untuk mengurangi ukuran sirkuit pemrosesan sinyal lidar serta mengurangi konsumsi daya dan biaya. Hal ini untuk mewujudkan produksi massal lidar multi-lini. sebuah tren penting.

2. Sensor Laser LiDAR MEMS
Radar laser MEMS menggantikan perangkat berputar mekanis tradisional dengan cermin mikro MEMS yang terintegrasi pada chip berbasis silikon. Cermin mikro memantulkan laser untuk membentuk sudut pemindaian yang lebih luas dan jangkauan pemindaian yang lebih besar. Prinsip kerjanya ditunjukkan pada Gambar 2. Cermin mikro MEMS adalah inovator lidar mekanis tradisional dan akan memimpin miniaturisasi dan pengurangan biaya lidar. Metode pemindaian galvanometer menghindari rotasi langsung dari struktur jangkauan, memungkinkan pemindaian lidar dalam keadaan padat, dan membuat lidar menjadi kompak.

Gambar 2 Skema MEMS.（a）Prinsip kerja MEMS LiDAR;（b）cermin pemindaian MEMS

Mengandalkan keunggulan cermin mikro MEMS, industri menganggap MEMS lidar sebagai teknologi tercepat yang diterapkan. Saat ini, lidar solid-state MEMS seri Leishen Intelligent LS20/LS21 telah digunakan di berbagai bidang seperti keamanan cerdas dan pemantauan bencana. Namun, kelemahan cermin mikro MEMS adalah sudut pemindaiannya kecil, dan diperlukan sudut tambahan untuk mencapai pemindaian bidang pandang yang besar. Selain itu, jumlah sinar laser yang dapat diproyeksikan terbatas, sehingga sulit untuk mencapai "deteksi jarak jauh". Secara umum, solusi teknologi lidar MEMS belum cukup matang dan memerlukan perbaikan lebih lanjut. Dengan dikembangkannya micro-mirror MEMS, prospek penerapan MEMS lidar diyakini akan semakin luas.

3.Sensor Laser LiDAR kilat
Flash lidar adalah radar non-pemindaian. Ini memancarkan cahaya susunan area ke target, menggunakan detektor susunan area untuk mendeteksi hamburan cahaya yang datang pada target, dan mengeluarkan gambar dengan informasi kedalaman. Prinsip kerjanya ditunjukkan pada Gambar 3. Meskipun Flash lidar berbiaya rendah dan memiliki stabilitas yang baik, jangkauan deteksinya relatif pendek, sehingga skenario penerapannya terbatas. Di bidang keamanan, radar laser Flash telah banyak digunakan. Menggunakan lidar Flash 3D untuk deteksi target, segmentasi, dan pelacakan, hasilnya menunjukkan bahwa Flash lidar cocok untuk pengawasan perimeter dan bidang keamanan di lokasi. Namun, dalam bidang seperti pemantauan lingkungan, observasi objek, dan pencegahan bahaya, deteksi objek atau orang secara real-time akan dibatasi oleh karakteristik pemindaian, sehingga mengakibatkan distorsi data. Menggunakan sistem sensor yang dibangun dengan lidar Flash 3D, objek bergerak yang sangat bervariasi dapat dilacak secara real time dan dengan akurasi tinggi dalam jarak menengah hingga jauh. Proses dan hasil percobaan ditunjukkan pada Gambar 4. Selain itu, dengan pengembangan komponen kecil, biaya detektor susunan area berkurang, dan Flash lidar mudah untuk dibuat mini, dan penerapannya di bidang keamanan akan lebih banyak.

Gambar 3 Prinsip kerja Flash LiDAR

Gambar 4 Skenario kerja dan hasil percobaan Flash LiDAR. （a）Pengaturan eksperimental dengan pelacakan real-time pada PC dan Flash LiDAR pada kepala pan-tilt;（b）point cloud skenario;（c）tampilan intensitas skenario dengan orang yang ditandai di tengah;（d）pandangan jangkauan skenario dengan orang pusat yang ditandai

4.Sensor Laser LiDAR OPA
Sebagai teknologi kontrol penunjuk sinar jenis baru, teknologi pemindaian OPA telah menjadi pusat penelitian dalam beberapa tahun terakhir. Ia memiliki kelebihan tanpa perangkat inersia, akurasi yang stabil, dan arah yang dapat dikontrol. Prinsip kerjanya ditunjukkan pada Gambar 5. Beberapa unit pemancar membentuk susunan transmisi. Sudut keluar sinar laser diubah dengan menyesuaikan perbedaan fasa setiap unit transmisi dalam susunan transmisi, sehingga mencapai interferensi yang saling memperkuat dalam arah yang ditentukan, sehingga mempersiapkan sinar penunjuk intensitas tinggi. S3, "sensor lidar solid-state pertama di dunia." S3 menggunakan metode pemindaian OPA dan hanya seukuran telapak tangan. Produk dan prinsipnya ditunjukkan pada Gambar 6. Produk seri S3 telah digunakan di berbagai bidang seperti pemantauan intrusi dan kontrol akses.

Gambar 5 Prinsip kerja OPA

Gambar 6 Prinsip kerja Quanergy S3 LiDAR

Teknologi array bertahap optik dengan integrasi tinggi dapat memenuhi kebutuhan pengembangan semua solid-state dan miniaturisasi lidar keamanan. Namun, saat ini ada dua faktor utama yang membatasi produksi massal lidar keamanan OPA: pertama, lobus samping mudah terbentuk selama pemindaian sebenarnya, yang akan mempengaruhi jangkauan dan resolusi sudut berkas; kedua, kesulitan pemrosesannya tinggi. Oleh karena itu, teknologi lidar keamanan OPA masih belum matang, dan sulit untuk mencapai produksi pada tahap ini.

Kontak informasi:

Jika Anda punya ide, jangan ragu untuk berbicara dengan kami. Tidak peduli di mana pelanggan kami berada dan apa kebutuhan kami, kami akan mengikuti tujuan kami untuk menyediakan pelanggan kami dengan kualitas tinggi, harga murah, dan layanan terbaik.