Лазерный лидар: Лидар технология — применение 3D сканеров Lidar в картографии и сборе геопространственных данных

Лидар технология — применение 3D сканеров Lidar в картографии и сборе геопространственных данных

В статье описана технология лидар, с помощью которой осуществляется лазерное сканирование объектов. Рассмотрены устройства, где реализована эта методика, а также описано применение лидаров в робототехнических комплексах.

Терминология и принцип работы лидара

Термин «лидар» – это аббревиатура. Полное выражение на английском языке: light identification, detection and ranging. Перевод: световое обнаружение и идентификация дальности.

В основе технологии лежит получение и обработка данных о различных удаленных объектах при помощи оптической системы. Локатор использует свойство света отражаться и рассеиваться в зависимости от степени прозрачности среды. Прибор способен получать информацию о твердых предметах и о жидкости.

Достоинства устройств лидар:

• мгновенная мощность луча;
• когерентность излучения;
• низкие потери, обусловленные малой длиной волны.

В совокупности указанные характеристики сделали оборудование незаменимым при анализе среды на расстоянии до нескольких километров.

При работе лазерный луч отражается от поверхностей, возвращается к прибору и улавливается фотоприемником. Частота – до 150 000 импульсов в секунду. Аппарат запоминает время прохождения сигнала, на основе чего формирует координаты предмета в пространстве:

• удаленность;
• размеры;
• геометрические особенности и пр.

Создается точная информация о цели в виде набора 3-мерных точек.

Laser lidar выпускается в 2 основных видах:

• Микроимпульсные – обладают небольшой мощностью и допускаются к использованию без соблюдения особых мер безопасности.
• Устройства с высокой энергией излучения, рассчитанные на исследования атмосферы. Они определяют параметры облаков; атмосферное давление ;силу ветра; влажность; содержание газов в воздухе.

Независимо от варианта устройства принцип действия лидар основан на применении одних и тех же систем.

Измерение расстояния

В лазерном дальномере используются разные типы лазера.

Распространенные длины волн:

• топографические сканеры – 1064 нм;
• батиметрические – 532 нм;
• наземные коммерческие приборы – 600-1000 нм;
• наземное научное оборудование – 1500 нм.

Эти значения выбираются с учетом факторов:

• свойства окружающей среды;
• отражающая способность изучаемых мест;
• чувствительность детектора;
• конструктивные требования к технике;
• допустимая степень безопасности излучения для зрения.

Сканирование

Для определения не только расстояния, но и обзора цели измеряется множество точек. Методы функционирования сканирующего лидара:

• качающееся зеркало – за счет изменения положения зеркала вокруг своей оси удается отсканировать нужную область и сформировать трехмерные данные;
• вращающаяся призма – более совершенный метод, в котором исключен недостаток зеркала в виде непостоянной скорости движения, здесь луч скачет по граням призмы и создает ряды точек;
• вращающееся зеркало – развертка формируется в виде эллиптической кривой, при этом каждая точка сканируется 2 раза;
• оптоволоконная подсистема – в отличие от названных механических методов оптоволоконный способ обеспечивает более стабильную геометрию сканирования, поскольку между оптическими каналами оборудования и оптоволокном связи фиксированы.

Ориентация и позиционирование

Подсистема нужна, чтобы для каждой точки измерялось абсолютное значение ее положения в пространстве. Так достигается высокая достоверность измерений, которая используется в дальнейшем на практике.

Контроллер

Все компоненты lidar должны работать согласованно, чтобы генерировать облака точек. Для этого используется система управления, которая выставляет параметры сенсоров и контролирует работу всех элементов.

Хранилище информации

Результаты исследований представляют собой файлы с координатами и дополнительной информацией. Техника способна генерировать большие объемы измерений, поэтому в них предусмотрены собственные накопители, где все значения сохраняются сразу после сбора и цифровой обработки.

Результат сканирования лидара

Практическое применение

Традиционные способы трехмерной съемки для изучения ландшафта, воздушного или водного пространства стоят дорого и занимают много времени.

Новая технология эффективнее, поэтому применяется в разных областях.

Моделирование ландшафта

С помощью пульсирующего лазерного луча удается исследовать рельеф местности с учетом любых объектов – травы, листвы, деревьев, перемещающихся объектов.

Полученный топографический 3D-контур создается быстро. С помощью лидара для БПЛА сканирование ведется на скорости свыше 4 000 м2 в минуту.

Фиксация ДТП, ЧП, несчастных случаев

Lidar может работать в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне. Это выручает, когда нет возможности сканировать предметы при внешнем свечении, например, в случае с авариями ночью.

С дроном получается составить полную картину произошедшего независимо от времени суток за один полет.

Сельское хозяйство

3-мерные системы картографирования помогают в сельском хозяйстве, когда нужно создать:

• ирригационную сеть;
• водозащитные сооружения;
• прочие вспомогательные объекты.

БПЛА с лидаром позволяет собрать точные данные об особенностях и рельефе почвы. При этом не надо ждать подходящую погоду и использовать специальную технику для сбора данных.

Археология

Характеристики ландшафта нужны для научных задач. При использовании lidar за 5-10 минут удается создать полную трехмерную модель интересующего места для дальнейших археологических исследований.

Современная технология lidar удешевляет, упрощает и ускоряет разные задачи. Звоните нашим менеджерам, чтобы они помогли выбрать и купить подходящий лидар с доставкой и гарантией. Мы реализуем следующие виды лидаров:

Лазерный 3D сканер (3D-лидар) HOKUYO YVT-35LX-F0

3D лазерные сканеры (3D-LiDAR) YVT-35LX позволяют реализовать практически сплошное сканирование окружающего пространства независимо от того, движутся ли распознаваемые объекты. В одном кадре сканер генерирует облако из 2590 точек. С помощью режима чередования можно увеличить плотность точек облака.

Сканер оснащен акселерометром и входным сигналом PPS. 

Для определения расстояния сканер генерирует импульсный лазерный луч с принципом измерения TOF (время пролета луча). Сканер излучает лазерный луч в широком трехмерном поле, обеспечивая данные о высоте, ширине и глубине объектов. Такую информацию невозможно получить с помощью классических 2D-сканеров.

ПРЕИМУЩЕСТВА:

Широкое поле зрения

Сканер имеет диапазон измерения 210° по горизонтали и 40° по вертикали. Рабочий диапазон составляет 35 м спереди и примерно 14 м по бокам. Подробную информацию о диапазоне обнаружения в каждом направлении смотрите в техническом описании к сканеру.

Входной сигнал PPS

При использовании сигнала GPS вход PPS сбрасывает отметку времени сканера, чтобы исключить ошибку смещения времени.

Режим чересстрочной развертки

Направление лазерного луча постепенно смещается в каждом цикле, создавая более плотное облако точек. Можно увеличить плотность в двух плоскостях независимо — до 20 раз по горизонтали и 10 раз по вертикали. При максимальной плотности это называется режимом HD (High Density).

Устойчивость к окружающей среде

YVT-35LX со степенью защиты IP67 может использоваться в различных средах, при освещенности 100.000 люкс и обладает ударопрочностью до 10G.

Функция Мульти-Эхо

Луч сканера может генерировать в одном направлении несколько возвратов сигнала при отражении от дождя, пыли и тумана. В этом случае поступают сообщения о расстоянии для каждого возврата.

При уличном применении сканера функция Мульти-эхо позволяет отделять дождь, пыль и туман от целевых объектов и крышки корпуса, поддерживая до 4 эхо-сигналов (первое, второе, третье и последнее эхо).

ВНИМАНИЕ: сканер обрабатывает до 8 возвратов и сообщает только о 4-х из них

Области применения:

• Самодвижущиеся транспортные средства (AGV): безопасный мониторинг и отображение местности
• Робототехника: распознавание окружающих объектов
• Погрузчики: обнаружение препятствий, сопоставление образов и измерение высоты
• Строительство: определение объема и глубины раскопок, определение профиля насыпного грунта
• Порты:  предотвращение столкновений кранов
• Общественные места: подсчет людей в торговых центрах
• Развлекательные мероприятия: контроль доступа 

Цена лазерного сканера YVT-35LX-F0 :

6725,31 евро с НДС (не включает дополнительные аксессуары)

В наличии образец лазерного 3D сканера для проведения бесплатного тестирования 

Документация

LiDAR

Цена для фильтра

1

597501

1195001

1792500

2390000

Показать

Страна производства

Время полёта, мин

Тип ГНСС приёмника

Фильтр

Фильтр

По наименованию (А-Я)По наименованию (Я-А)По популярности (возрастание)По популярности (убывание)По цене (сначала дешёвые)По цене (сначала дорогие) По популярности (возрастание)

Мы советуем

Новинка

В наличии Арт.  TDAVIA

Предзаказ на июль 2021

Мы советуем

Новинка

В наличии Арт. TDAVIAM300

Предзаказ на июль 2021

Мы советуем

Хит

Мы советуем

Новинка

Лазерные сканеры с высокоточной IMU, L1/L2 ГНСС приемником и широким радиусом действия для воздушного лазерного сканирования с геодезических дронов

Как десяток ведущих компаний пытаются создать мощный и недорогой лидар / Хабр

Лидар совершенно необходим для робомобилей – и вот, как работают некоторые из ведущих датчиков

Лидар, или световой радар, это технология, критически важная для создания робомобилей. Датчики предоставляют компьютеру трёхмерное облако точек, обозначающее окружающее автомобиль пространство, а его концепт помог командам выиграть конкурс DARPA Urban Challenge в 2007 году. С тех пор системы лидаров стали стандартом для робомобилей.

В последние годы были созданы десятки стартапов, работающих с лидарами, и соревнующимися с лидером индустрии Velodyne. Все они наобещали более приемлемые цены и улучшенную эффективность работы. В 2018 году журнал Ars уже делал подборку основных тенденций в индустрии лидаров, и описал, почему эксперты ожидали появления улучшенных и менее дорогих систем в ближайшие несколько лет. В той статье не было подробностей по поводу самих компаний – в основном потому, что они держали информацию о работе своей технологии в тайне.

Но за последний год я получал непрерывный поток рекламы, исходящей от разработчиков лидаров, и побеседовал с большим количеством их представителей. Журнал Ars находится на связи директорами, по меньшей мере, восьми таких компаний, а также с компаниями, занимающимися анализом индустрии или их клиентами. Всё это общение позволило составить неплохое представление не только о тенденциях индустрии лидаров, но и о технологиях и бизнес-тратегиях отдельных компаний.

Сегодня существует три основных отличия лидаров друг от друга. После описания этих возможностей будет легче понять технологии девяти ведущих компаний, разрабатывающих лидары.

Чтобы не раздувать зря статью, мы опишем независимые компании, которые в основном занимаются лидарами. Поэтому мы не будем описывать собственную технологию лидаров от Waymo, стартапы, работающие с лидарами, которые купили себе GM и Ford в 2017 году, или попытки разработки лидаров от более крупных компаний, таких, как Valeo (сделавшая лидар для моделей Audi 2018 и 2019 годов A7 и A8), Pioneer или Continental. Сложно выпытать у этих крупных компаний подробности об их технологиях, но и без них есть, что описать.

Три крупных фактора, отличающих лидары друг от друга

Базовая идея лидара проста: датчик испускает лазерные лучи в разных направлениях, и ждёт, пока их отражения вернутся. Скорость света известна, и время в пути туда и обратно даёт точную оценку расстояния.

И хотя базовая идея проста, детали усложняют всё очень быстро. Каждый изготовитель лидаров должен принять три базовых решения: как направлять лазер в разные стороны, как измерять время на путь туда и обратно, и свет какой частоты использовать. Мы рассмотрим каждое из них по очереди.

Технология управления лучом

Большинство ведущих лидаров используют один из четырёх методов направления лазерных лучей в разные стороны (две компании, Baraja и Cepton, сообщили, что используют другие технологии, которые они не объяснили):

• Вращающийся лидар. Velodyne создала современную лидарную индустрию в 2007, представив лидар, в котором было размещено 64 лазера по вертикали, и вся эта штуковина вращалась со скоростью в несколько оборотов в секунду. Датчики из вышего сегмента от Velodyne до сих пор используют такую технологию, и, по крайней мере, один из конкурентов, Ouster, поступил так же. Преимущества такого подхода – покрытие на 360 градусов, но критики ставят вопросы о том, можно ли сделать дешёвый и надёжный вращающийся лидар, подходящий для массового рынка.
• Механический сканирующий лидар использует зеркало, перенаправляя единственный лазерный луч в разных направлениях. Некоторые из компаний используют подход под названием «микроэлектромеханическая система» (МЭМС) для управления зеркалом.
• Активная фазированная антенная решетка использует ряд излучателей, способных изменять направление лазерного луча, подстраивая относительную фазу сигнала между соседними передатчиками. Мы подробно опишем эту технологию в секции про Quanergy.
• Лидар на основе вспышек подсвечивает всю область сразу. Существующие технологии используют один широкоугольный лазер. Технология испытывает трудности с большими расстояниями, поскольку до любой точки доходит лишь малая часть лазерного света. По меньшей мере, одна компания, Ouster, планирует создать многолазерную вспышку, в которой будет массив из тысяч или миллионов лазеров, направленных в разные стороны.

Измерение расстояния

Лидар измеряет время, которое требуется свету для того, чтобы дойти до объекта, и отразиться от него. Есть три простых способа сделать это:

• Время в пути. Лидар отправляет короткий импульс и измеряет, сколько времени пройдёт до фиксации возвращающегося импульса.
• Лидар непрерывного излучения с частотной модуляцией (НИЧМ). Отправляет непрерывный луч света, частота которого постоянно меняется во времени. Луч разбивается на два, и один из них отправляется во внешний мир, а потом по возвращению объединяется с другим. Поскольку частота у источника луча меняется непрерывно, разница в пути двух лучей выражается через разность их частот. В результате получается картина интерференции, частота биений которой является функцией от времени в пути (и, следовательно, от расстояния). Этот путь может показаться беспричинно усложнённым, но у него есть парочка преимуществ. Лидар НИЧМ устойчив к интерференции от других лидаров или от Солнца. Лидар НИЧМ может также использовать допплеровское смещение для измерения скорости объектов, а не только расстояния до них.
• Лидар непрерывного излучения с амплитудной модуляцией (НИАМ) можно рассматривать, как компромисс между двумя предыдущими вариантами. Такой лидар, как и простой датчик, измеряющий время в пути, отправляет сигнал, а потом измеряет время, которое у него ушло на то, чтобы отразиться и вернуться. Но если простые системы отправляют один импульс, лидар НИАМ отправляет сложную схему (псевдослучайный поток цифровых нулей и единиц). Сторонники подхода говорят, что благодаря этому лидар НИАМ более устойчив к интерференции.

Длина волны лазера

Описанные в данной статье лидары используют один из трёх вариантов длин волн: 850, 905 или 1550 нм.

Этот выбор имеет значение по двум причинам. Одна из них – безопасность глаз. Жидкость внутри глаза прозрачна для света с длиной волны 850 и 905 нм, что позволяет свету дойти до сетчатки. Если лазер будет слишком мощным, он может причинить глазу непоправимый вред.

С другой стороны, глаз непрозрачен для излучения с длиной волны 1550 нм, что позволяет таким лидарам работать на большей мощности, не вредя сетчатке. Увеличение мощности позволяет увеличивать дальность действия.

Так почему же все не используют лазеры с длиной волны 1550 нм в лидарах? Детекторы, работающие с частотами 850 и 905 нм, можно создать на основе недорогих и распространённых кремниевых технологий. Для создания лидара с длиной волны 1550 нм требуется использовать экзотические и дорогие материалы, такие, как арсенид галлия-индия.

И хотя лазеры на 1550 нм могут работать с большей мощностью, не представляя угрозы для глаз, такие уровни мощности могут приводить к другим проблемам. На выставке CES в Лас-Вегасе в этом году один человек сообщил, что мощный лазер на 1550 нм в лидаре от AEye испортил ему камеру. И, конечно, лазеры большей мощности потребляют больше энергии, что уменьшает дальность хода и энергетическую эффективность машины.

Учтя всё это, давайте рассмотрим десятку ведущих разработчиков лидаров.

Velodyne

Три продукта Velodyne: Alpha Puck, Velarray и Veladome

Управление лучом: вращение.

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 905 нм

Velodyne изобрела современный трёхмерный лидар более десяти лет назад, и с тех пор доминирует на этом рынке. Характерные вращающиеся лидары компании часто используются в робомобилях, и компания, скорее всего, останется лидером рынка в 2019. Однако некоторые наблюдатели задаются вопросом, сможет ли компания поддерживать свою лидирующую позицию в последующие годы.

В конце 2017 флагманские лидары Velodyne на 64 лазера продавались по $75 000 за штуку. Velodyne представила новую модель на 128 лазеров, которая, по слухам, будет ещё дороже — $100 000.

Касательно этих цифр представитель Velodyne ответил: «Мы не раскрываем стоимость продукции, однако, озвученные цены характерны для единичных продуктов. В закупках автомобильных масштабов цены существенно ниже, и мы активно поставляем автопроизводителям продукцию по низким ценам».

Velodyne продаёт и менее дорогие лидары, включая 16-лазерную «шайбу», которая в прошлом году продавалась по $4000. Также Velodyne продаёт и твердотельную модель, Velarray. Velodyne говорит, что это система с длиной волны в 905 мм «с проприетарным методом управления лучом без трения». Velodyne ожидает, что в оптовых объёмах эта модель в итоге будет стоить менее $1000. Однако эти лидары не дают такого высокоточного результата, как вращающиеся модели на 64 и 128 лазеров.

Некоторые критики утверждают, что у Velodyne были трудности с производством и качеством продукции.

«Деликатные движущиеся датчики лидара, являющиеся средством к существованию компании, оказалось сложно производить эффективно и с высоким качеством, и они могут быть раздражающе хрупкими при применении в автомобилях», писал недавно журналист Эд Нидермайер, цитируя источники сектора робомобилей.

Представитель компании поспорил с таким отзывом, утверждая, что Velodyne «за годы работы довела науку изготовления этих датчиков в больших количествах до совершенства», и что «было доказано, что они выдерживают жёсткие условия эксплуатации в автомобилях».

Недавно Velodyne подписала лицензионный договор с Veoneer, известной компанией в цепочки поставок автомобильных запчастей. У Veoneer есть большой опыт создания компонентов, удовлетворяющих стандартам качества автомобильных компаний, и у неё могут появиться идеи о внесении изменений в классический дизайн Velodyne с целью улучшения качества и уменьшения цены продукта. Однако им нужно действовать быстро, поскольку целый ряд других компаний уже нацелился на место лидера.

Luminar

Управление лучом: механическое сканирование

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 1550 нм

Многие считают Luminar одним из главных соперников Velodyne. Компания занимается этим бизнесом с 2012 года, и в прошлом году начала производство лидаров в больших количествах. Компания утверждает, что качество её продукции находится на высшем уровне.

В частности это происходит благодаря тому, что в Luminar решили использовать лазеры с длиной волны 1550 нм. Использование безопасной для глаз длины волн позволяет Luminar выкручивать мощность лазера, благодаря чему лидар дальше видит. Но лазеры на 1550 нм означают, что Luminar приходится использовать экзотический арсенид галлия-индия для обнаружения вернувшихся импульсов. Это должно быть дорого, но Luminar в прошлом году сообщили нам, что стоимость приёмников в их лидарах составляет всего $3.

В прошлом году в ответ на наши расспросы о Luminar президент компании Velodyne Марта Холл указала нам на серьёзный недостаток лидаров от Luminar – большое энергопотребление. Это особенно важно, поскольку лидары от Luminar представляют собой фиксированные датчики с полем зрения в 120 градусов. Это значит, что для обеспечения просмотра всех 360 градусов потребуется четыре прибора от Luminar (с учётом наложения их полей зрения), вместо всего одного от Velodyne или Ouster. Однако затем в письме представитель Luminar ответил, что последняя версия их лидара значительно уменьшила потребление энергии по сравнению с ранними моделями, и потребляет «на круг примерно 50 Вт».

Также Luminar ничего не сообщает по поводу цен. В прошлом мае директор Luminar Остин Рассел рассказал нам, что их лидар должен будет «подешеветь до нескольких тысяч долларов», чтобы суметь состязаться на потребительском рынке, и что этот вопрос для компании «не является проблемой». Однако из этого следует, что в то время стоимость приборов получалась значительно выше нескольких тысяч.

Luminar опережает многих изготовителей лидаров в области реальных поставок, поскольку начала массовое производство более девяти месяцев назад. За последние 18 месяцев Luminar сумела заключить партнёрские соглашения с компаниями Toyota, Volkswagen и Volvo.

В недавнем интервью Рассел указал на эти сделки, назвав их крупнейшими конкурентными преимуществами компании. Он сказал мне, что крупнейшие компании разрабатывают робомобили на основе лидаров от Luminar, и им дорого обойдётся переход на продукцию конкурентов в будущем.

AEye

Управление лучом: механическое сканирование

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 1550 нм

У AEye много общего с Luminar. Она использует механическое сканирующее зеркало для управления лучами. Она использует лазер безопасной для глаз длины волны 1550 нм, позволяя ему работать на больших уровнях энергии. В результате у лидара от AEye впечатляющие характеристики по дальности. AEye говорит, что их лидар может видеть на расстоянии вплоть до 1000 м – это гораздо больше, чем те 200-300 м, которыми хвастаются самые дорогие устройства.

В декабрьском интервью директор AEye Люис Дюссан расхваливал высокоэнергетические импульсы, которые способны выдавать волоконные лазеры лидара AEye. Он сказал, что многие лидары конкурентов основаны на диодных лазерах, «ограниченных мощностью в 100-150 Вт. Волоконные лазеры могут доходить до 100 000 Вт – очень короткий импульс, большое количество сигнала».

Большая энергия позволяет увеличивать расстояние, но у неё есть и свои недостатки. В этом году на выставке CES в Лас-Вегас один человек рассказал журналу Ars, что его дорогая камера оказалась испорченной, когда он сделал фотографию лидара от AEye. Глаза заполнены жидкостью, непроницаемой для волн длиной 1550 нм. А камеры – нет. Видимо, мощный лазер AEye попал на хрупкую матрицу фотокамеры.

В заявлении для журнала Ars компания AEye описала повреждение камеры как проблему, присущую всей индустрии. Но Ангус Пакала, директор конкурирующей компании Ouster, спорит с этим. Он писал: «Наши сенсоры безопасны для глаз и камер. И точка». Luminar сообщила, что «мы провели всесторонние испытания с той же камерой с теми же линзами и с теми же настройками, что были у повреждённой на CES, и не смогли причинить ей вреда» при помощи лидара от Luminar.

Большинство лидаров используют фиксированную схему сканирования. Лидар AEye использует другой подход, который компания называет «подвижным сканированием». Схему сканирования AEye можно настроить программно и менять динамически. Согласно Дюссану, подвижная схема сканирования работает с гибкостью волоконного лазера. «От снимка к снимку можно контролировать энергию импульсов», — сказал он Ars. ПО управляет не только тем, когда произойдёт следующее измерение, но и тем, сколько энергии будет использовано – и, следовательно, какое расстояние будет измерено в следующий раз.

В результате, когда лидар замечает далеко находящийся объект, он может увеличить разрешение сканирования и уровень энергии в данной части изображения, и получить больше точек данных. В итоге может получиться скан с высоким разрешением, который поможет различить пешехода, мотоцикл или габаритный мусор, оставшийся на дороге.

С другой стороны, существует опасность чрезмерной оптимизации. Если лидар будет тратить много времени на сканирование уже распознанных объектов, возникает опасность, что на систематическое сканирование времени останется слишком мало, из-за чего он пропустит другие объекты.

Ouster

Управление лучом: вращение

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 850 нм

На первый взгляд, лидар от Ouster выглядит очень похоже на Velodyne. Это вращающиеся системы, измеряющие время импульсов в пути, и обе компании продают приборы с 16, 64 и 128-ю лазерами. И это не совпадение: Ouster специально разрабатывала продукцию так, чтобы её можно было использовать для замены приборов от Velodyne, поскольку многие потенциальные клиенты освоились с их классическим форм-фактором.

Но если вскрыть устройства от Ouster, окажется, что внутри они выглядят совсем не так. Классический дизайн Velodyne, судя по патенту, использует 64 отдельных лазера и 64 отдельных детектора. Ouster же придумала, как упаковать 64 лазера на один чип, а второй их чип содержит 64 датчика, распознающих отражённый свет. Такой интегрированный дизайн может кардинально уменьшить стоимость и сложность производства лидаров.

Самый сложный из лидаров Ouster, поставки которого должны начаться в этом году, это OS-2, 64-лазерный прибор, продающийся по $24 000. Ouster говорит, что его дальность работы сравнима с самыми дорогими лидарами от Velodyne. Ouster также продаёт лидары и с меньшим радиусом действия всего за $3500.

Ouster может запихнуть 64 лазера на чип, используя поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором (VCSEL) — в отличие от обычных лазерных диодов, излучающих в плоскости, параллельной поверхности. Поскольку VCSEL излучают перпендикулярно поверхности подложки, много лазеров можно разместить на полупроводниковом кристалле. Технология уже давно используется в таких пользовательских приложениях, как компьютерные мыши, но она всегда считалась недостаточно мощной для использования в лидаре. В Ouster говорят, что придумали, как создать лидар высокой эффективности при помощи VCSEL.

Ouster использует ещё одну полупроводниковую технологию, диоды однофотонного каскада (SPAD), чтобы обнаруживать возвратившийся свет. Как и VCSEL, SPAD можно изготовить при помощи стандартных технологий производства кремниевых чипов, и в один кристалл можно запихнуть много SPAD. Благодаря этому Ouster было довольно несложно перейти с 64-лазерных приборов в прошлом году на 128-лазерные, анонс которых состоялся в январе, а поставки начнутся летом. Компании просто пришлось заменить в старой модели чипы с 64 лазерами и 64 детекторами на новые 128-е чипы.

И обновление с 64 до 128 лазеров – это только начало, утверждает директор Ангус Пакала. Он рассчитывает, что за несколько лет компания представит лидары, в распоряжении которых будут тысячи – а, возможно, и миллионы – лазеров VCSEL и детекторов SPAD.

Пока что Ouster концентрируется на создании одномерных массивов лазеров для использования во вращающемся датчике, похожем на устройства от Velodyne. Но Пакала говорит, что ту же технику можно использовать и для создания двумерных массивов из лазеров и детекторов – наподобие матрицы в фотоаппарате. Это может привести к созданию нового класса лидаров на основе вспышек, где каждый «пиксель» будет обслуживать своей парой лазер-детектор. В результате у лидара будут преимущества вспышки – никаких движущихся частей, возможность воспринять «кадр» сразу и целиком – без жертв дальности обычного лидара.

Суть стратегии Ouster заключается в том, чтобы использовать в своих интересах промышленную базу потребительской электроники, в которой VCSEL уже используются в компьютерных мышках, для дальномеров у камер смартфонов, и в других областях. Пакала утверждает, что VCSEL ещё есть куда улучшать по таким параметрам, как яркость, стоимость и энергоэффективность. А все улучшения технологий VCSEL (и SPAD) будут автоматически работать на руку Ouster.

Blackmore

Управление лучом: механическое сканирование.

Измерение расстояний: непрерывное излучение с частотной модуляцией.

Длина волны: 1550 нм

Как и Ouster, Blackmore надеется использовать в своих целях развёрнутую инфраструктуру полупроводниковой промышленности. Однако её интересует индустрия оптических коммуникаций, а не потребительской электроники.

На первый взгляд, лидары и устройства оптической связи отличаются друг от друга, но на самом деле у них больше общего, чем можно было представить. Они отправляют информацию, закодированную в свете, улавливают свет позже и извлекают информацию из него.

«Оптический слой Blackmore создан на основе стандартных компонентов для оптоволоконной связи», — написано на сайте компании. «Пользуясь наработанными за десятилетия решениями в области оптоволоконной связи, мы с уверенностью заявляем, что наши схемы масштабируемы и надёжны».

Практически во всех других аспектах лидар Blackmore удивительно сильно отличается от продукции компаний Ouster и Velodyne. Вместо вращения на 360 градусов, лидар зафиксирован с полем зрения в 120 градусов по горизонтали и 30 градусов по вертикали. Он использует непрерывное излучение с частотной модуляцией для измерения расстояний, что позволяет измерять и скорость объектов.

Blackmore несколько недель назад представила новый интересный лидар на CES. Первоначальная его стоимость составляет $20 000, и он обладает впечатляющими характеристиками. Компания надеется со временем постепенно снижать стоимость лидара.

Baraja

Управление лучом: спектроскопическое сканирование.

Измерение расстояний: непрерывное излучение с амплитудной модуляцией.

Длина волны: 1550 нм

Baraja – один из самых необычных стартапов, о которых я рассказывал в прошлом году – и один из наиболее таинственных.

У большинства лидаров поле зрения составляет 120 градусов или меньше, что означает необходимость покупать не менее четырёх штук для обеспечения полного покрытия 360 градусов. Это может выйти дорого, а также требует расстановки хрупкой электроники по краям машины, где её очень легко повредить.

Идея Baraja состоит в том, чтобы переместить всю хрупкую электронику в багажник. Находящийся там обработчик сигналов соединяется по оптоволокну с четырьмя дешёвыми и прочными головками датчиков, которые можно разместить снаружи машины.

В интервью прошлым летом директор компании Федерико Колларте сказал мне, что четыре головки датчиков «состоят, по сути, из кремниевого стекла. Они дёшевы, надёжны, хорошо выдерживают стихии. В случае аварии нужно будет просто заменить головку датчика».

Привлекательная идея. Проблема в том, что я не могу сообразить, как она будет работать – и не смог убедить Колларте пояснить мне её в деталях.

Baraja описывает свой лидар как «лидар спектроскопического сканирования», что означает, что лучи лазеров управляются изменением частоты света, проходящего через призму. Просто представить, как можно управлять таким лучом в одном измерении, но сложно понять, как достичь двумерного управления».

Когда я спросил об этом Колларте, он сказал: «Для второго измерения мы используем тот же концепт спектрального сканирования. И у нас ещё есть вспомогательная механическая система».

Он добавил, что эта система не включает в себя ни зеркала, ни вращающиеся лазеры. Он сказал, что она «использует такую же призматическую оптику – этот момент мы всё ещё держим в секрете».

Также Baraja остаётся единственной компанией из тех, с кем мы общались, использующей непрерывное излучение с амплитудной модуляцией для измерения расстояний. Колларте рассказал нам, что одним из преимуществ такого подхода является то, что «для отдельных импульсов не требуется больших энергий». Некоторые оптические компоненты могут повредиться из-за скачков энергии, и их отсутствие даёт инженерам гибкость в использовании более широкого спектра вариантов — что потенциально позволит создать менее дорогую и более надёжную технологию.

Колларте говорит, что Baraja (как и Blackmore) старается «перенести компоненты и технологии из оптических телекоммуникаций», где большая экономия на масштабе позволяет удерживать стоимость продукта на низком уровне. Baraja, судя по всему, находится на ранних этапах коммерциализации, но Колларте говорит, что при производстве сотен тысяч устройств компания рассчитывает снизить их стоимость до «нескольких сотен» долларов.

Quanergy

Управление лучом: Активная фазированная антенная решетка.

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 905 нм

Вокруг Quanergy три года назад развернулась сильная шумиха, когда она объявила о создании твердотельного продукта со стоимостью менее $250, которую можно будет достигнуть при масштабном производстве. Но критики говорят, что компания не сумела выполнить свои обещания.

«У Quanergy, судя по всему, с трудом получается заставить датчики работать на нужных дистанциях», — сказал в интервью Сэм Абулсамид, аналитик из компании Navigant.

Quanergy – одна из немногих компаний, делающих лидары по технологии активной фазированной антенной решетки. Как было указано в пояснении к концепции 2017 года:

Фазированная решётка – это ряд передатчиков, способных менять направление электромагнитного луча, подстраивая относительную фазу сигнала от одного передатчика к другому.

Если все передатчики синхронно излучают электромагнитные волны, луч отправится прямо, т.е., перпендикулярно массиву. Чтобы отклонить луч влево, передатчики сдвигают фазу сигнала отправляемого каждой антенной, и сигнал от передатчиков слева оказывается позади сигнала передатчиков справа. Для отклонения луча вправо решётка совершает противоположное действие, сдвигая фазу самых левых элементов вперёд по отношению к правым.

Такая технология десятилетиями использовалась в радарах, где передатчиками служат антенны радаров. Оптические фазированные решётки применяют тот же принцип к свету, упаковывая массив лазеров на достаточно небольшом чипе.

Если бы Quanergy удалось заставить эту технологию хорошо работать, у неё была бы масса преимуществ. При отсутствии движущихся частей твердотельное устройство могло бы быть дешёвым, надёжным и универсальным. Лидар от Quanergy, как и прибор от AEye, настраивается программно и динамически переключается между разрешением и скоростью обновления.

Но у Quanergy нет особенных успехов на рынке. В ноябрьском интервью директор Луэй Эльдада сказал, что «мы проходим нужные этапы, мы идём по графику». Но есть причины сомневаться в этом. К примеру, Ангус Пакала был сооснователем Quanergy до того, как уйти и основать компанию Ouster в 2015-м.

Абульсамид указывает на недавний интерес Quanergy к использованию лидаров в промышленной безопасности – в этой области применения не требуются такие расстояния, как у робомобилей. Эльдада сказал мне, что теперь у Quanergy появился более типичный лидар с механическим наведением, предназначенный для рынка безопасности.

Cepton

Управление лучом: проприетарная технология микродвижений.

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 905 нм

Полностью автоматические робомобили – наиболее требовательная область применения лидаров, и пока что я в основном описывал продукты, нацеленные на этот рынок. Но Cepton – пример уважаемого производителя лидаров, в основном нацеленного на использование их технологии в передовых вспомогательных системах для водителей (ADAS). Сегодняшние системы ADAS используют радары и камеры для контроля полосы и динамического круиз-контроля. Но все ждут от автопроизводителей появления лидаров на машинах будущего, которые смогут обеспечить более сложные ADAS-системы.

Проблема в том, что, как мы увидели, лучшие лидары стоят десятки тысяч долларов, и эта ситуация может не поменяться даже при их производстве в промышленных масштабах. Поэтому такие компании, как Cepton, нацеливаются на производство лидаров средней дальности, достаточно доступных для их включения в автомобили, которые будут выпускать уже через несколько лет.

И когда я спросил директора Cepton Джун Пей о лидаре дальнего действия, требуемого для робомобилей, он открестился от этого рынка, сказав, что не думает, что клиенты начнут запрашивать подобные устройства в больших количествах «в обозримом будущем».

Вместо этого Cepton сконцентрировалась на рынке ADAS, где уже начинают заключать сделки на крупные объёмы поставок. Cepton утверждает, что её конкурентным преимуществом является цена.

«Мы – единственная компания, способная продавать лидары дешевле $1000», — сказал Пей. Прошлым летом Cepton объявила о сделке с Koito, японской компанией и одним из крупнейших мировых поставщиков автомобильных фар, по которой та включит их технологию лидаров в дизайн фар. Это значит, что если автопроизводитель решит, что лидар от Cepton устраивает их по всем параметрам, он сможет без проблем добавить такую возможность в свои автомобили.

Пей сказал мне, что технология микродвижения, управляющая лучом, уникальна для этой индустрии. Традиционные МЭМС используют для перенаправления света крохотное механически перемещающееся зеркальце. Но Пей говорит, что Cepton использует «очень проприетарный оптический дизайн, устраняющий зеркальце, но всё равно способный получать картинку высокого разрешения». Он также описал его, как «небольшую вибрационную систему, работающую по принципу динамика» – но отказался раскрывать подробности.

Innoviz

Управление лучом: механическое сканирование.

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 905 нм

Innoviz, как и Cepton, в основном концентрируется на сделках большого объёма с автопроизводителями. Она торгует доступными лидарами средней дальности, подходящими для использования в ADAS. И весьма успешно.

В прошлом апреле BMW объявила о планах установить лидар от Innoviz в свои автомобили в 2021 модельном году. Также в этом партнёрстве участвует Magna, известный поставщик, который поможет с логистикой, необходимой для установки готовой запчасти в тысячи автомобилей.

Автопроизводители экспериментируют со многими технологиями лидаров, поэтому многие их изготовители могут похвастать заключением сделок с OEM-производителями. Но сделка BMW выделяет Innoviz на фоне остальных конкурентов – BMW, судя по всему, серьёзно настроена на установку их лидаров в автомобили для продажи, а не просто покупает эти устройства для испытаний на прототипах.

В производстве автомобилей сроки освоения новой продукции весьма велики, поэтому Innoviz будет чем заняться в ближайшие несколько лет, и, конечно, одна заключённая сделка позволит Innoviz заключать новые сделки в будущем. Он полон оптимизма касательно этой сделки».

Сделка с BMW, судя по всему, будет использоваться для реализации ADAS, но у Innoviz есть амбиции и в области робомобилей. В последней своей модели InnovizOne компания хвастается дальностью до 200 метров с объектами с 50% отражающей способностью и полем зрения в 120 градусов.

Компонентная база LIDAR-систем | АО «ЛЛС»

LiDAR (транслитерация LIDAR англ. Light Detection and Ranging «обнаружение и определение дальности с помощью света») – это лазерная технология дистанционного зондирования. Если сравнивать данную технологию с радаром, которая базируется на волнах радиочастотного диапазона, то лазерные системы LiDAR позволяют получать трёхмерные изображения с большей детализацией (например, 3D LiDAR).

Изначально LiDAR системы больше относились к лазерному радару (LADAR, Laser Detection and Ranging), но в настоящее время этот акроним имеет более общее понимание и обозначает процесс определения дальности до объекта по оптическому отклику.

Обычно оба понятия относятся к дистанционному зондированию, однако:

• LIDAR больше является гражданским термином, используемый для исследования атмосферы. Например, концентрации аэрозолей
• LADAR применяется как военный термин, используется для обозначения таких целей, как земля, деревья или самолет в тумане, то есть для интеллектуальных систем вооружения.

Лазерное зондирование можно разделить следующим образом:

• Традиционный
• Измерения дистанции до объектов – импульсный лазер;
• Эффект Допплера – непрерывный/импульсный узкополосный лазер;
• Визуализация с помощью 3D LiDAR

Однако мощность (или импульсная энергия) лазера будет отличаться в зависимости от объекта исследования, будь то твёрдые объекты или обратное рассеяние от аэрозолей в атмосфере (например, от облаков).

Ниже представлены некоторые направления применения лазерной технологии для систем зондирования:

• Лазерный дальномер (например, модуль для беспилотных автомобилей)
• Ветровой LiDAR (например, определение направления и скорости перемещения воздушных потоков)
• LiDAR система со счётчиком фотонов (например, 3D LiDAR)

За последнее время к данной технологии предъявляются всё больше требований, а особенно к лазерному источнику (повышение частоты повторения импульсов и т.д.), что дает стимул для развития и разработки новых типов лазеров. На сегодняшний день твердотельные и волоконные лазеры активно используются для исследования воздушных потоков, в 2D LiDAR, для 3D сканирования и лазерной дальнометрии.

Лазерные дальномеры

Лазерные дальномеры активно используются в различных областях, начиная от военных применений до научных. Принцип работы лазерной системы прост: лазерный импульс, вышедший из апертуры лазера, отражается от исследуемого объекта и попадает на фотоприёмник, который находится в той же плоскости, что и лазерный источник. Обработка данного сигнала дает информацию о дистанции до объекта.

Ключевыми параметрами лазерного источника для измерения дистанции являются длительность импульса и частота следования импульсов. Длительность импульса определяет разрешение и точность измерения. Для применения в лидарных системах и определения дистанции до объектов используют лазеры с короткой длительностью импульса — < 10 нс.

Касательно частоты повторения импульса — ключевым преимуществом использования высокой частоты следования импульсов позволяет произвести усреднение сигнала для улучшения отношения сигнал/шум в системе. Наиболее подходящей частотой является порядок ~ кГц для эффективного усреднения, а ~ МГц порядок является слишком большим, так как вносит неточности при определении сигнала на таких частотах. 

Длина волны лазерного источника чаще всего выбирается в ближнем ИК диапазоне, но зависит от объекта исследования. Например, для беспилотных устройств выбирают лазеры с длиной волны более 1.4 мкм, поскольку излучение в этом диапазоне сильно поглощается роговицей глаза и хрусталиком, минимизируя воздействие на сетчатку. Наиболее используемая длина волны лазерного источника для лазерной дальнометрии является 1.55 мкм из-за наличия в атмосфере окна прозрачности в этой области (а также 3 — 4 и с 8 — 12 мкм).

Пример лазерного источника и дальномерного модуля от производителя CryLink (Китай):

Параметры лазера на Er стекле:  Длина волны – 1535 нм Частота следования импульсов – 10 Гц Длительность импульса – 4.6 нс Импульсная энергия – 100 мкДж	Параметры OEM модуля на базе Er лазера: Дистанция измерения – 50-5000 м Точность измерения — ±1 м Разрешение – 0.02 м Частота измерения – 1-10 Гц

Пример лазерного источника на Эрбиевом стекле от производителя VoxtelOpto (США):

Параметры LAN0-FB0C: Длина волны – 1534 нм Частота следования импульсов – 10 Гц Длительность импульса – 5 нс Импульсная энергия – 750 мкДж	Параметры OEM модуля DUNL-KHBC: Дистанция измерения – 20-21000 м Точность измерения – 100-500 мм Разрешение – 0.5 м Частота измерения – 1-10 Гц

Пример волоконного лазерного модуля с регулируемой длительностью импульса от производителя Connet (Китай):

Параметры модели CoLID: Длина волны – в диапазоне 1540-1565 нм  Пиковая мощность – до 10 кВт  Длительность импульса – от 0.5 до 250 нс (ТТЛ триггер)  Частота следования импульсов – от 1 кГц до 3 МГц (ТТЛ триггер) Импульсная энергия — до 100 мкДж Подробнее можно ознакомиться по этой ссылке.

3D LiDAR

3D LiDAR позволяет проводить сплошное сканирование пространства независимо от того, движется ли объект. Обычно, имея дело с 3D LiDAR, используют следующие лазеры:

• Лазерные источники с высокой импульсной энергией/низкой частотой повторения импульсов
• Непрерывные лазеры с фазовой модуляцией
• Источники суперконтинуума (иногда)

Современные 3D LiDAR системы используют новую технологию фотоприёмников, которые содержат в себе массив фотодетекторов, чувствительных к одиночным фотонам. Они используют массивы лавинных фотодиодов (APDs) в режиме счёта одиночных фотонов (или в режиме Гейгера), позволяя с субнаносекундной точностью фиксировать время прихода фотонов. За счёт того, что детекторы в режиме Гейгера способны работать на частоте в десятки МГц, система может быть компактной, очень чувствительной и масштабируемой за счёт увеличения массива фотодекторов. Сейчас также активно используют лазерные источники с ультракороткими импульсами (до 25 пс, частота ~ кГц), что позволяет повысить точность измерений, но при этом, обладая достаточной энергией в импульсе.

Пример импульсных модулей от производителя FocusLight (Китай):

Параметры FL-AL01-1.5- 60×45-1064: Длина волны – 1064 ± нм Импульсная энергия — > 1.5 мДж Длительность импульса — < 10 нс Частота следования импульса – 30 Гц Подробнее можно ознакомиться по этой ссылке	Параметры FL-ALT01-800- 0.5×30-905: Длина волны – 905 ± нм Пиковая мощность — > 800 Вт Длительность импульса — 5 нс Частота следования импульса – 100 кГц Подробнее можно ознакомиться по этой ссылке

Пример пикосекундного микрочип лазера от производителя BrightSolutions (Италия):

Стремление к внедрению портативных, высокопроизводительных и низко потребляемых лазерных систем делает применение микрочип лазеров эффективным в лидарных системах:

Компактный лазерный драйвер	Лазерный модуль FP3

Спецификация
Длительность импульса	Наносекунды		Пикосекунды
	< 2.5 нс	< 1.3 нс	< 400 пс
Импульсная энергия
Частота следования импульсов	До 5 кГц	До 15 кГц	До 100 кГц
Выходная пиковая мощность	До 15 кВт	До 30 кВт	До 5 кВт
Корпус	FP3, FP4	FP3, FP4	FP2, FP3, FP4
Длина волны	1064, 946, 532, 473, 355, 315, 266, 236.5, 213 нм
Качество пучка	< 1.2
Электрические параметры	DC 5 В источник питания, < 25 VA
Размеры	35*50*16 мм
Рабочая температура	+ 10 — + 40 гр
Температура хранения	— 20 — + 60 гр

Ветровые LiDAR

Ветровые LiDAR представляют собой лазерные системы для измерения направления и скорости воздушных потоков, например, за турбиной самолета. Сейчас активно используются наносекундные твердотельные лазерные системы и непрерывные волоконные лазеры (на короткие дистанции).

Для осуществления измерения используется эффект Допплера, что определяет существование двух традиционных методов измерения ветровых потоков: 

• Когерентный
• Некогерентный

Оба метода измеряют доплеровские частотные сдвиги. Поскольку измерения происходят в течение короткого промежутка времени, то требуется наличие высокой стабильности длины волны у лазерного источника. Для проведения точных измерений допплеровского сдвига также требуется лазерный источник с узкой шириной спектрально линии или с одиночной продольной модой.

 

Схема гетеродинного метода измерения доплеровского сдвига

Пример узкополосного волоконного лазерного модуля из линейки CoWIND от производителя Connet (Китай):

Одночастотный лазерный ОЕМ модуль CoWIND разработан для высокоточных измерений воздушных потоков на коротких дистанция.  Особенности лазера: Длина волны в диапазоне 1540-1565 нм Ширина спектральной линии < 5 кГц Большая длина когерентности  Низкий RIN, низкие фазовые шумы  Выходная мощность до 2 Вт Наличие PM волокна  Подробнее можно ознакомиться по этой ссылке.

Батиметрия

Батиметрия занимается исследованиями подводных глубин для получения информации о топологии поверхности морского дна. Для подобных исследований используют лазерные системы на летательных аппаратах, которые работают в зеленом диапазоне длин волн из-за их низкого поглощения водой. Сейчас активно используют импульсные твердотельные лазеры для одновременного зондирования как поверхности воды на длине волны 1064 нм, так и для получения информации о рельефе морского дна на длине волны 532 нм с длительностью импульса < 2 нс.

Пример твердотельного импульсного лазера (кастомного) от производителя Bright Solutions (Италия):

Параметры лазерной системы: Длина волны – 532 нм    Импульсная энергия – 400 мкДж  Длительность импульса – 600 пс  Частота следования импульсов – 10 кГц  Прочный и герметичный корпус

В качестве приёмной части в системах лазерной дальнометрии можно выделить гибридные фотоприёмные устройства, включающие в себя не только лавинные фотодиоды как таковые, на также предусилитель и всю необходимую электронную обвязку, интегрированную непосредственно на одну плату.

Такие гибриды оптимизированы как для приложений LiDAR, так и для конфокальной микроскопии, распределенного температурного зондирования (DTS) и применения в высокоскоростных атмосферных линиях оптической связи.

Использование таких устройств обуславливает их работу на длине волны, как правило, 1550 нм, ибо, как упоминалось ранее, излучение на такой длине волны безопасно для человеческого зрения, а также повсеместно используется в телекоммуникациях

Плата гибридного фотоприёмника

Гибридный модуль для дальнометрии от Wooriro, компании, являющейся первой в области оптических коммуникаций в Корее и основанной в декабре 1998 года, оптимизирован для работы на длине волны 1550 нм и имеет высокую чувствительность, что позволяет его использовать для всего спектра приложений, требующих прецизионную точность измерений. Ниже приведена таблица с основными характеристиками WDR110.

Параметр	Значение
Рабочая длина волны, нм	1550
Диаметр фотодетектора, мкм	200
Ёмкость фотодетектора, пФ	2,5
Питание усилителя, В	+3,6
Питание ЛФД(1), В	75
Входная оптическая мощность(2), мВт	1
Минимальный детектируемый сигнал, нВт	10
Рабочая температура, °С	-35..+64
Температура хранения, °С	-40..+85

(1) Минимальное напряжение питания APD должно быть больше 70 В для правильного смещения.
(2) WDR110 будет повреждён при превышении данной мощности. Для долгосрочной надежности максимальная мощность не должна превышать 100 мкВт.

С более подробными техническими характеристиками модуля WDR110 можно ознакомиться по этой ссылке.

Помимо прочего, для гибридного модуля WDR110 компания Wooriro предлагает специальную отладочную плату, использование которой позволяет произвести тонкую настройку и тест устройства до его интеграции в конечное устройство.

Внешний вид WRD110 и отладочной платы

В лазерной дальнометрии не только инфракрасного, но и видимого диапазона также возможно применение устройств серии C30659 от Excelitas Technologies. Данная линейка включает в себя Si или InGaAs лавинные фотодиоды с гибридным предусилителем в герметичном корпусе TO-8, что позволяет работать с ультранизким шумом.

Детекторные модули серии C30659

Детекторы этой линейки обеспечивают отклик между 400 и 1700 нм, имеют быстрое время нарастания и спада и рассчитаны на высокие пороговые значения, что обеспечивает устойчивость при воздействии высоких плотностей оптической мощности. Секция предусилителя в модулях использует малошумящий полевой транзистор на основе арсенида галлия (GaAsFET), предназначенный для работы с более высоким трансимпедансом.

По запросу возможна настройка модулей серии C30659 под конкретные задачи; модификации включают в себя оптимизацию полосы пропускания и усиления, использование различных фотодиодов и коннекторов в корпусе. Ниже приведены основные особенности гибридных модулей серии C30659 от Excelitas.

Параметр	Значение
Рабочая длина волны, нм	Si: 400 – 1100 InGaAs: 1100 – 1700
Угол входа света, °	>130
Полоса пропускания системы, МГц	50 и 200
Питание усилителя, В	±5
Типичная потребляемая мощность, мВт	150
Рабочая температура, °С	-40..+70
Температура хранения, °С	-50..+100

АО «ЛЛС» представляет весь спектр описанной в статье продукции на территории РФ и предлагает наиболее выгодные условия поставки продукции, а также техническую поддержку. Ознакомиться с полным перечнем продукции Вы можете на нашем сайте или на сайте производителя.

Направления > LIDAR (Light Detection And Ranging) — Технология лазерного сканирования

Трехмерное лазерное сканирование — сравнительно молодое направление в области высокоточных измерений. Предпосылкой к его возникновению и развитию стало появление в арсенале геодезистов безотражательных лазерных дальномеров (тахеометров), позволяющих проводить измерения без использования специальных отражателей, а также GNSS-технологий (Global Navigation Satellite System), дающих возможность быстро и точно определять координаты на местности с помощью спутниковой информации.

Принцип действия лазерных сканеров, независимо от их типа и назначения, основан на измерении расстояния от источника лазерного импульса до объекта. Пучок лазера, выходящий из излучателя, отражается от поверхности обследуемого объекта. Отраженный сигнал поступает в приемник сканера, где по задержке времени (импульсный метод) или сдвигу фаз (фазовый метод) между излученным и отраженным сигналом определяется требуемое расстояние. Зная координаты сканера и направление импульса, можно определить трехмерные координаты точки, от которой импульс отразился.

Современные лазерные сканеры обеспечивают возможность генерации измерительных импульсов с частотой до нескольких сотен тысяч в секунду и, с помощью системы подвижных зеркал или самого корпуса сканера — распределение этих импульсов по всей поверхности объекта. В результате таких измерений или «сканирования» мы за короткое время получаем облако трехмерных точек, с большой точностью и полнотой описывающих обследуемый объект.

По назначению сканеры можно разделить на 3 основных типа:

• наземные;
• воздушные;
• мобильные.

Наземное сканирование

Наземный лазерный сканер устанавливается в точке с заранее измеренными координатами и сканирует окружающие объекты. При необходимости, для получения полной картины, производится сканирование с нескольких точек/ракурсов, после чего облака отражений «сшиваются» в единый массив.

Основные области применения наземного сканирования — внутренняя и наружная съемка и моделирование архитектурных сооружений, промышленных объектов (строительные площадки, цеха, электроподстанции, горные выработки и т.п.). Кроме того, такие сканеры успешно применяются в таких далеких от геодезии областях, как киноиндустрия и создание компьютерных игр.

Дальность действия наземных сканеров обычно лежит в пределах от единиц до сотен метров. Разрешающая способность, характеризующая плотность отражений, а также точность фиксации этих отражений — несколько миллиметров.

Воздушное сканирование

Воздушные лазерные сканеры устанавливаются на такие носители как самолет или вертолет и предназначены для съемки больших участков местности с воздуха в процессе полета. Так как положение и ориентация сканера непрерывно меняются, такие системы укомплектовываются GPS приемником и инерциальной системой IMU (Inertial Measurement Unit), в реальном времени измеряющими положение и ориентацию носителя/сканера в пространстве. Для повышения точности измерений координат используют базовые GPS станции, которые дают информацию для вычисления дифференциальных поправок, учитывающих погрешности распространения сигналов спутников. Как правило, совместно со сканирующей системой, на носитель устанавливается цифровая фотоаппаратура, позволяющая производить аэрофотосъемку одновременно с лазерным сканированием.

Дальность действия воздушных сканеров — от нескольких сотен до нескольких тысяч метров. Точность фиксации отражений по высоте — 10-15 см, в плане — 1/2000 высоты полета, что обусловлено существенной дивергенцией лазерного луча. Таким образом, при съемке местности с высоты 500м, плановая точность будет не хуже 25 см. Плотность отражений обычно составляет от единиц до сотен точек на 1 кв.м и зависит от частоты генерируемых импульсов и высоты полета. Возможность фиксации нескольких откликов от каждого импульса позволяет получать лазерные отражения от поверхности земли, скрытой растительностью — т.е. восстанавливать рельеф местности там, где это невозможно сделать с помощью традиционной аэрофотосъемки.

Воздушное сканирование применяется для съемки как площадных, так и протяженных инфраструктурных объектов, таких как дороги, трубопроводы, линии электропередач и т.д. Результаты воздушной лазерной съемки применяются в проектировании, инвентаризации объектов, картографии и многих других областях.

Мобильное сканирование

Идеологически мобильная лазерная съемка схожа с воздушной, только в качестве носителя здесь используется наземная платформа — например, автомобиль, железнодорожная мотриса или катер. Как правило, мобильная сканирующая система состоит из 2-х или более лазерных сканеров, нескольких цифровых фото/видео камер, а также GPS и IMU модулей. Сканирование производится в процессе движения носителя по дороге, железнодорожному полотну или водной поверхности. В отличие от воздушного сканера, состав объектов, находящихся при этом в зоне видимости, меньше, но плотность отражений, а значит и детальность облаков точек существенно выше.

С точки зрения геопозиционирования, основное отличие от воздушной платформы заключается в том, что, находясь близко к поверхности земли, GPS приемник мобильной системы часто попадает в области затенения сигналов спутников от зданий, растительности, элементов рельефа местности. Поэтому проблема повышения точности данных мобильного сканирования на сегодняшний день является весьма актуальной.

Основное применение мобильного сканирования — съемка автомобильных и железных дорог, мостов, путепроводов, городских улиц, береговой линии.

Преимущества и недостатки

К основным преимуществам технологии лазерного сканирования, несомненно, можно отнести высокую скорость и оперативность съемки, недостижимую любыми другими методами измерений. В области обследования линий электропередач воздушная лазерная съемка сегодня является практически мировым стандартом.

При этом нельзя забывать о правовых вопросах. Например, для проведения любой аэросъемки требуется пройти долгий путь получения соответствующих разрешений, связанных как с вопросами секретности, так и с вопросами использования воздушного пространства. Это может занимать весьма значительное время, что отрицательно влияет на оперативность.

Основным результатом лазерного сканирования — будь то наземное, воздушное или мобильное — является облако трехмерных точек, с той или иной точностью описывающих геометрические параметры объекта съемки. Количество лазерных отражений, полученных при съемке объекта обследования, часто составляет сотни миллионов и даже миллиарды. Обработка таких массивов данных и формирование на их основе конечных продуктов для пользователей в различных отраслях деятельности сегодня является наиболее трудоемкой составляющей лазерной технологии.

Результаты

Использование технологии лазерного сканирования позволяет предложить конечному пользователю самые разные продукты, которые могут быть использованы при создании геоинформационных систем, проектировании, обследовании и анализе состояния различных объектов, контроле инженерных работ, проведении регрессионного анализа и т.д.:

• топопланы разных масштабов;
• ортофотопланы;
• цифровые модели рельефа и местности;
• трехмерные векторные модели местности и объектов , включая сложные промышленные сооружения;
• результаты различных расчетов, связанных с геометрическими характеристиками объектов.

Датчики 2D-LiDAR | SICK

Датчики 2D-LiDAR | SICK

Достоверные данные измерений независимо от монтажного положения

Датчики 2D-LiDAR (также называемые лазерными 2D-сканерами) подходят для решения задач, связанных с измерением и обнаружением на поверхностях. Неважно, под каким углом устанавливаются датчики SICK 2D-LiDAR — они всегда работают точно и надежно, как в помещении, так и на улице. Для навигации, обнаружения или измерения: датчики 2D-LiDAR предоставляют достоверные данные измерения для решения многочисленных задач.

Filter

Фильтровать по:

Сегмент продуктов

— Оптоэлектронные защитные устройства (2) Решения для обнаружения и определения расстояния (17)

Применить фильтр

Группа серии

— Лазерные сканеры безопасности (2) Датчики 2D-LiDAR (17)

Применить фильтр

Область применения

— Indoor (13) Outdoor (11) Outdoor Security (1) Security (2)

Применить фильтр

Серия

— DistanceGuard (1) LD-LRS (1) LD-OEM (1) TiM-P (1) TiM-S (2) LMC1xx (1) LMS1xx (1) TiM1xx (1) NAV2xx (1) TiM2xx (1) NAV3xx (1) TiM3xx (1) LMS5xx (1) TiM5xx (1) TiM7xx (1) S100 (1) LMS1000 (1) LMS4000 (1)

Применить фильтр

Количество полей

— 1 (2) 4 (2) 6 (2) 10 (3) 16 (3)

Применить фильтр

Обогрев

— Да (4) Нет (2) Самонагрев (1)

Применить фильтр

Интерфейс связи

— CAN (4) CANopen (1) Ethernet (15) IO-Link (1) USB (6) Последовательный (9)

Применить фильтр

17 результатов:

Результаты 1 — 17 из 17

Вид: Галерея Список

Датчик для контроля территории небольшой, простой, экономичный

• Небольшой, простой и экономичный датчик для контроля территории
• Контроль территории до 15,7 м²
• Небольшой вес всего 90 г
• Анализ полей с помощью встроенных программных алгоритмов
• Незначительная потребляемая мощность, типичные 2,2 Вт
• Параметризация и клонирование с технологией интерфейсом IO-Link
• Промышленный дизайн

Никогда не ошибается

• Возможен мониторинг территории площадью до 1470 м² с помощью всего лишь одного датчика
• Высокая невосприимчивость к постороннему свету благодаря технологии HDDM
• Износостойкость благодаря степени защиты до IP 67
• Незначительная потребляемая мощность (обычно 4 Вт)
• Компактная конструкция: максимальная высота корпуса всего 86 мм
• Встроенный интерфейс Ethernet
• Высокая дальность сканирования: макс. до 25 м
• Промышленный дизайн и штекер M12

Молниеносное измерение за рекордное время!

• Эффективный датчик с интегрированной оценкой максимальной скорости
• Высокая устойчивость к атмосферным воздействиям и надёжность благодаря методу HDDM⁺ с технологией многократного эхо
• Анализ полей и измерительных данных в одном датчике
• Простое конфигурирование, возможность согласования с изменяющимися условиями окружающей среды
• Удобная и простая диагностика через веб-сервер

Лазерное измерение без компромиссов – точно, быстро и надёжно

• Точное измерение, даже очень тёмных или блестящих объектов
• Точная угловая разрешающая способность для высокой плотности точек измерения
• Высокоскоростное измерение с частотой 600 Гц и быстрая передача данных с использованием Gigabit Ethernet
• Синхронизация устройств без взаимных помех
• Промышленные разъёмы M12

Интеллектуальный анализ полей и вывод данных измерений всего лишь в одном устройстве

• Большой диапазон обнаружения: от 0,05 максимум до 25 м
• Низкое энергопотребление (обычно: 4 Вт)
• Немедленный ввод в эксплуатацию и настройка через USB и Ethernet
• Интеллектуальный анализ полей и вывод данных измерений в одном устройстве
• Прочный и промышленный дизайн благодаря степени защиты до IP67

Компактный. Недорогой. Надёжный.

• Быстрый вывод результатов измерений через интерфейс Ethernet
• Рабочий диапазон до 10 м со сфокусированным апертурным углом
• Измерение дистанции с высоким угловая разрешающая способность и технологией HDDM⁺
• Конфигурация с помощью SOPAS ET и стандартной телеграммы
• Лёгкий и компактный пластмассовый корпус
• Низкое потребление энергии

Программируемый. Недорогой. Компактный. Универсальный.

• Большой рабочий диапазон: от 0,05 м до макс. 25 м при апертурном угле 270°
• Низкое энергопотребление (обычно: 4 Вт)
• Большая гибкость и большое число областей применения
• Welcome App как отправная точка для программирования собственных приложений
• Простое написание сценариев с Lua, а также примеры кодов в GitLab и GitHub

Непревзойденный мастер в обнаружении объектов и предварительной обработке данных

• Исключительно компактный, легкий и экономичный датчик
• Анализ полей с помощью интеллектуальных программных алгоритмов
• Доступ к интерфейсу для ввода параметров на установленном устройстве осуществляется сбоку
• Незначительная потребляемая мощность (обычно 4 Вт)
• Только для датчика TiM3xxS: изделие сертифицировано по Директиве по работе с машинным оборудованием 2006/42/EG и стандарту EN ISO 13849-1:2015

Надежность и точность, даже на больших расстояниях

• Мощный, эффективный датчик системы 2D-LiDAR для диапазонов измерения до 80 м
• Выдающаяся производительность, в том числе при неблагоприятных погодных условиях благодаря технологии Multi-Echo
• Компактный корпус со степенью защиты IP 67 и встроенной системой обогрева в устройствах для наружного применения
• Незначительная потребляемая мощность
• Быстрая обработка сигналов
• Несколько входов и выходов
• Возможна синхронизация нескольких датчиков

Надёжное и анонимное измерение расстояния

• Бесконтактный подсчёт людей и объектов, а также измерение расстояния между людьми и объектами в одной зоне
• Беспроблемная настройка и адаптация границ предупреждения
• Сигнализация превышений через цифровой выход или интерфейс Ethernet
• Определение анонимных объектов на базе дистанционных кластеров

Простое решение для предотвращения столкновений

• Недорогая измерительная система
• Анализ полей с помощью интеллектуальных алгоритмов
• Доступ к интерфейсу для ввода параметров на установленном устройстве осуществляется спереди

Определение местоположения и навигация даже в очень сложных условиях

• Встроенная функция анализа данных для определения положения отражателей
• Большой рабочий диапазон на отражателях (30 м), коэффициент диффузного отражения 10 % (18 м), пространственные контуры (50 м)
• Широкий угол обнаружения
• Высокая частота сканирования с низкой угловой разрешающей способностью на отражателях
• Высокая температуроустойчивость благодаря встроенному нагреву и IP 65 / IP 67

Сертифицированная технология лазерного измерения — интеллектуальный способ обеспечения безопасности

• Единственный на рынке датчик 2D-LiDAR с сертификатом VdS (немецкий сертификат безопасности)
• Высочайший класс «С» с экологическим классом II или IVa
• Гибкое подключение к сети постоянного тока от 9 до 30 В
• 2 изолированных реле (сигнал тревоги) и манипуляционный выход
• Большая дальность обнаружения 20 м, как по горизонтали, так и по вертикали
• 10 свободно настраиваемых контролируемых полей, интеллектуальные алгоритмы обработки данных
• Сертифицированное меню быстрого запуска
• По запросу поставляется исполнение в цветовой гамме 200 RAL

Лазерная технология с большой дальностью сканирования на сложных промышленных участках

• Большая дальность сканирования на темных поверхностях
• Лазерная техника, безопасная для человеческого глаза
• Высокая угловая разрешающая способность до 0,125 градуса
• Высокая невосприимчивость к солнечному излучению и другим источникам инфракрасного света
• Синхронное наблюдение за четырьмя свободно определяемыми полями
• Вывод данных измерения в режиме реального времени через интерфейс Ethernet
• Сплошное сканирование с равномерным пятном лазерного луча под полным углом 360 градусов

Точная лазерная навигация обеспечивает экономичность

• Смешанный режим навигации
• Большая дальность сканирования: от отражателей — до 70 м (до 35 м в случае с черными объектами)
• Высокая собственная вычислительная мощность и индивидуальная конфигурация автоматически управляемых транспортных средств
• Измерение, навигация и определение местоположения с высокой точностью, начиная с трех видимых отражателей
• Угловая разрешающая способность до 0,1 градуса
• Навигация, пространственные данные и контуры, маркеры-отражатели, угловая позиция и/или регистрация необработанных данных

Мощный лазерный сканер с большой дальностью сканирования для наружного применения

• Большая дальность сканирования даже на темных поверхностях
• Высокая угловая разрешающая способность до 0,0625 градуса
• Высокая невосприимчивость к солнечному излучению
• Синхронное наблюдение за различными полями (от одного до шести)
• Небольшой диаметр пятна лазерного луча даже на большом расстоянии

Компактный и экономичный, даже в затрудненных условиях эксплуатации

• Эффективные и недорогие датчики 2D-LiDAR для диапазонов измерения до 50 м
• Отличная производительность при любой погоде благодаря Технология мульти-эхо и интеллектуальным алгоритмам
• Прочный и компактный корпус со степенью защиты до IP 67, со встроенной системой обогрева и диапазоном температур от –40 °C до +60 °C
• Варианты для применения в системах безопасности с релейными выходами и сертификатом VdS
• Вывод данных измерения через интерфейс Ethernet в режиме реального времени
• Количество цифровых выходов расширяется за счёт внешних CAN-модулей

Результаты 1 — 17 из 17

Пожалуйста, подождите…

Ваш запрос обрабатывается, это может занять несколько секунд.

Обзор лидара

Лидар использует лазерный свет для измерения расстояний. Его используют по-разному, от оценка атмосферных аэрозолей, стреляя лазером в небо, чтобы поймать спидеры в движении по автостраде с портативным лазерным датчиком скорости. Воздушное лазерное сканирование технология — это специализированный, базирующийся на самолетах тип лидара, который обеспечивает чрезвычайно точные, подробные трехмерные измерения земли, растительности и здания. Созданный всего за 15 лет, один из первых рекламных лидаров в Соединенных Штатах использовалось для обследования коридоров линий электропередач для выявления посягающая растительность.Дополнительные области применения включают картографирование рельефа и прибрежных территорий. области. На открытых плоских участках контуры земли можно записать с самолета. полет над головой, обеспечивающий точность в пределах 6 дюймов от фактической высоты. В на крутых лесных участках точность обычно составляет от 1 до 2 футов и зависит от многих факторов, в том числе от плотности покрытия навеса и расстояния между ними. лазерные выстрелы. Скорость и точность лидара позволили наносить на карту большие площади. с такими деталями, которые раньше были возможны только с трудоемкими и дорогие бригады наземных съемок.

Федеральные агентства, такие как Федеральное управление по чрезвычайным ситуациям (FEMA) и Геологическая служба США (USGS) вместе с агентствами округов и штатов начали использование лидаров для картографирования местности в поймах и сейсмоопасных зонах. В Консорциум Puget Sound Lidar Consortium, неофициальная группа агентств, использовала лидар в Район Пьюджет-Саунд и обнаруженные ранее разломы, вызванные землетрясениями, и большие, глубокие, старые оползни. В других частях страны лидар использовался для нанести на карту высокодетализированные изолинии через большие поймы, которые можно использовать для выявить области повышенного риска.В некоторых районах целые штаты летали с лидар для получения более точных цифровых данных о местности для планирования действий в чрезвычайных ситуациях и отклик. Лидарное картирование местности использует технику под названием bareearth. фильтрация. Данные лазерного сканирования о деревьях и зданиях удаляются, оставляя просто данные с голой земли. Стив Ройтебух, руководитель группы по лесоводству и моделям леса на исследовательской станции PNW, первый начал свои лидарные исследования в лесах в 1997 году, чтобы выяснить, насколько точно потеряны в лидарных полетах над участками с густым лесным покровом.Он хотел лучше понять уровень ошибки в лидарном картировании земли через лес навес, который будет использоваться при анализе карт местности в лесных массивах. Он и его Сотрудники Вашингтонского университета обнаружили, что данные, выброшенные геологи были богатым источником информации для лесников, и это открытие были хорошо подтверждены лидарными исследовательскими группами по лесному хозяйству по всему миру.

Использование лазеров стало обычным явлением, от лазерных принтеров до лазерных. операция.В лидаре для лазерной картографии лазеры снимаются в небе. Приборы устанавливаются на одно- или двухмоторный самолет или вертолет. В технологии бортовых лидаров используются четыре основных элемента оборудования (см. Рисунок ниже). Это сканирующий блок лазерного излучателя-приемника, прикрепленный к самолет; блоки глобальной системы позиционирования (GPS) на самолете и на земля; инерциальный измерительный блок (IMU), прикрепленный к сканеру, который измеряет крен, тангаж и рыскание самолета; и компьютер для управления система и хранить данные.Несколько типов бортовых лидарных систем были развитый; коммерческие системы, обычно используемые в лесном хозяйстве, — это системы с дискретной отдачей, компактные системы. Небольшая занимаемая площадь означает, что диаметр лазерного луча при уровень земли обычно находится в диапазоне от 6 дюймов до 3 футов. Лазерный сканер на самолете посылает до 100 000 световых импульсов в секунду на землю и измеряет, сколько времени требуется каждому импульсу, чтобы отразиться обратно в устройство. Эти времена используются для вычисления расстояния, пройденного каждым импульсом от сканера до земли.В Блоки GPS и IMU определяют точное местоположение и положение лазера. сканера по мере того, как излучаются импульсы, и точная координата вычисляется для каждая точка. В лазерном сканере используется колеблющееся зеркало или вращающаяся призма. (в зависимости от модели датчика), чтобы световые импульсы проходили по полосе пейзажа под самолетом. Обследование больших территорий проводится серией параллельные линии полета. Используемые лазерные импульсы безопасны для людей и всего живого. вещи.Поскольку система излучает собственный свет, полеты можно выполнять днем ​​или ночь, пока небо чистое.

Таким образом, с точным определением информации о расстоянии и местоположении лазерный Импульсы дают прямые трехмерные измерения поверхности земли, растительности, дорог, и здания. Записываются миллионы точек данных, так много, что лидар создает 3-D облако данных. После полета программное обеспечение вычисляет окончательные точки данных по используя информацию о местоположении и данные лазера.Окончательные результаты обычно производится за недели, в то время как традиционные методы наземного картографирования занимают месяцы или лет. Первый акр лидарного полета стоит дорого из-за затрат на самолет, оборудование и персонал. Но когда покрыты большие площади, затраты могут упасть примерно до 1-2 долларов за акр. Технология коммерчески доступны из ряда источников.

Lasers for LIDAR

LIDAR (Light Detection and Ranging) — это приложение дистанционного зондирования, которое использует импульсный лазерный свет для измерения различных расстояний до Земли.Система LIDAR обычно состоит из 4 основных компонентов; сначала лазерный источник; второй сканер и оптика; третий фотоприемник и электроника приемника; и, наконец, позиционная и навигационная система. Свет, генерируемый этими лазерными источниками, а также информация, полученная от этих других компонентов, используются для создания высокоточных трехмерных карт.

Для приложений LIDAR используется широкий диапазон длин волн лазера, от видимого до ближнего ИК. Длины волн от 532 нм до 1 мкм имеют экономическую выгоду.Но, следовательно, это может быть опасно для глаз, если луч не расширен до приемлемого диаметра, который делает его совместимым с правилами безопасности для глаз. См. Нашу новую страницу Lasers 101 для получения более подробной информации об атрибутах Lasers

.

Альтернативный подход — использовать лазер, настроенный на длину волны 1,5 мкм, поскольку свет 1,5 мкм не фокусируется в глазу и поэтому считается безопасным для глаз. Лазерные источники 1,5 мкм часто используются в приложениях, которые используют большие расстояния, а также требуют меньшей точности.Для топографической съемки с воздуха часто используется длина волны в режиме 1 мкм. В результате луч расширяется настолько, что считается безопасным для глаз. Батиметрические приложения или приложения, в которых вы снимаете сквозь облака, часто используется лидарный лазерный источник с удвоенной частотой 532 нм, так как видимая длина волны необходима для передачи через воду.

Лазеры для LIDAR Использует:

LIDAR нашел применение в различных отраслях промышленности, включая сельское хозяйство, археологию, автомобилестроение, биологию и охрану окружающей среды, атмосферное дистанционное зондирование и метрологию, военную промышленность, горнодобывающую промышленность, геодезию и многие другие.

• Сельское хозяйство ЛИДАР используется для картографирования местности или для того, чтобы сообщить фермерам, где им следует распределять дорогостоящие удобрения.
• Автомобильная промышленность ЛИДАР используется для обнаружения и предотвращения препятствий.
• Биология и охрана окружающей среды ЛИДАР используется для мониторинга высоты лесного полога или вырубки лесов.
• Дистанционное зондирование атмосферы и метрология ЛИДАР используется для измерения ветра, изучения облаков и аэрозолей.
• Military использует LIDAR для автономного наведения транспортных средств и для определения возможных целей.
• Mining LIDAR используется для картирования вынутых участков для определения объема извлечения.
• Surveying LIDAR используется для картографирования зданий и прилегающих территорий для будущего развития.

Нажмите ЗДЕСЬ, чтобы увидеть статью «Лазеры для лидара» в Laser Focus World!

RPMC Lasers стремится предоставлять лазеры по доступной цене, а также обеспечивает первоклассное обслуживание клиентов. Поэтому мы считаем, что мы лучший вариант для ВСЕХ ваших потребностей в DPSS и лазерных диодах!

Свяжитесь с RPMC Lasers по телефону: 636-272-7227 или по электронной почте: info @ rpmclasers.com

Как работает Police Laser (LIDAR)

В этом выпуске блога K40 мы обращаем внимание на невероятно точный полицейский лазерный (LIDAR) пистолет и посмотрим, как полицейские используют его на дорогах для обеспечения соблюдения правил дорожного движения.

Обычно называемый полицейским лазером, LIDAR (Light Detection And Ranging) является наиболее точным вариантом контроля скорости, доступным для сотрудников дорожной полиции. Полицейский лазер становится все более распространенным и доступным для полицейских управлений по всей стране, и K40 здесь, чтобы убедиться, что вы проинформированы и защищены.

Полицейское лазерное оружие использует свет для расчета скорости транспортного средства, и полицейскому очень быстро сообщается о скорости. Свет распространяется со скоростью более 186 000 миль в секунду, что намного выше скорости звука (примерно 0,21 мили в секунду). Из-за невероятной скорости лазерного света невозможно вовремя нажать на тормоз, чтобы избежать лазерного билета, если на вас нацелены и без лазерных глушителей. Полицейский лазер работает, испуская короткую серию инфракрасного лазерного света и отражая луч от вашего автомобиля и обратно к оружию.Затем пистолет анализирует быстрое «прохождение» лазерного луча и сообщает офицеру о вашей скорости чтения. Офицеры полиции обучаются атаковать автомобили с места на расстоянии от 800 до 1200 футов.

Лазерная технология

Police за последние годы претерпела огромные инновации. В отличие от полицейского радара (который обычно можно обнаружить заранее), полицейский лазер определяет конкретное транспортное средство и не предупреждает заранее. Если вы находитесь в поле зрения полицейского лазерного пистолета, значит, полицейский пытается получить показания скорости только с вашего автомобиля.Как и снайпер, офицер выбирает единственную цель. Он нацеливается на отражающее пятно (например, номерной знак или фары), нажимает на спусковой крючок своего лазерного пистолета и почти мгновенно получает показания скорости (если на транспортном средстве не установлены лазерные глушители).

Как полиция может определить одно транспортное средство? Полицейские лазерные лучи узкие и очень точные, их диаметр составляет примерно 18 — 36 дюймов на расстоянии 1000 футов. Представьте себе полицейский лазерный луч как луч фонарика; если вы смотрите на стену с фонариком на расстоянии нескольких дюймов, луч будет очень маленьким и сконцентрированным.Однако по мере удаления от стены луч становится больше.

Как могут лазерные глушители, такие как Laser Defusers K40, победить полицейский лазер? Что ж, эту тему лучше сохранить для будущего поста! А пока позвоните нашим консультантам K40 по телефону 800.323.5608, K40 изобрела индустрию лазерных помех в 1994 году, и мы здесь, чтобы защитить вас от всех полицейских радаров и лазерных угроз.

В чем разница между лазерным радаром и технологией LIDAR?

В чем разница между лазерным радаром и технологией LIDAR?

Статья Джона Смитса, Гэри Конфалона и Тома Киннара — ECM

Наши клиенты часто задают вопрос: «В чем разница между лазерным радаром и технологией LIDAR?» Это вопрос, на который нет простого ответа.

Путаница между ними понятна. Их имена почти синонимы, а термины часто используются как синонимы. Аббревиатуры — RADAR, что расшифровывается как RAdio Detection And Ranging; и LIDAR, что означает обнаружение света и определение дальности. Основное различие заключается в длине волны сигнала и расходимости сигнального луча. ЛИДАР обычно представляет собой коллимированный световой луч с минимальным расходимостью на больших расстояниях от передатчика; где РАДАР — конусообразный сигнал, исходящий от источника.Оба вычисляют расстояние, сравнивая время, необходимое исходящей волне или импульсу, чтобы вернуться к источнику. LIDAR использует частоты световых волн, которые имеют более короткую длину волны, что увеличивает возможность сбора данных с высокой точностью. RADAR использует более длинные микроволновые частоты, которые имеют более низкое разрешение, но способность собирать сигналы с меньшим воздействием внешних препятствий. Сигналы RADAR и LIDAR распространяются со скоростью света.

ЛИДАР используется как общий термин для большинства метрологических технологий, основанных на освещении.В типичных устройствах используются лазерные лучи, структурированная световая сетка, даже импульсный белый свет, в зависимости от конструкции и применения системы. Все они используются аналогично радарам для измерения положения целевых точек. Обычно они измеряют в трех измерениях, отслеживая вертикальный угол, горизонтальный угол и расстояние или диапазон от пересечения вертикальной и горизонтальной осей. Подобно RADAR, некоторые системы LIDAR измеряют только в двух измерениях, отслеживая единственный угол и диапазон.

Зная сходство между RADAR и LIDAR, давайте теперь посмотрим на LIDAR и Laser-Radar.По определению, LIDAR и Laser-Radar относятся к одним и тем же принципиальным методикам измерения положения объектов. В недавнем прошлом термин лазерный радар был принят для обозначения измерительных систем, предназначенных для сбора данных с чрезвычайно высокой точностью. Это достигается за счет использования узконаправленного источника света определенной длины волны или комбинации длин волн. Малый расходящийся пучок может фокусироваться на мелких деталях с высоким обратным разрешением.

Для сравнения давайте подробнее рассмотрим два лазерных сканирующих устройства.

Лазерный радар:

Рисунок 1- NIKON MV351

На рис. 1 показан MV351, «лазерно-радарная» система производства Nikon Metrology, в которой лазерный луч направляется путем вращения вокруг горизонтальной и вертикальной осей. Это устройство посылает четкий сфокусированный лазерный импульс на объект и считывает отраженный сигнал, как описано выше. В отличие от лазерного слежения и других геодезических инструментов, ему не нужно использовать ретрорефлектор.Его сигнал — это отраженный свет от реальной поверхности объекта. Он разработан для обеспечения точных промышленных измерений с допусками до тысячных или даже десятых тысячных долей дюйма. Блоки имеют эффективный диапазон измерения до 150 футов в радиусе, хотя на практике диапазон обычно короче. Система Lasar Radar, показанная на Рисунке 2, не выполняет большие развертки объекта, а выполняет меньшее сканирование области, где приоритетом является высокая точность и детализация. Из-за этого скорость сбора данных приносится в жертву разрешающей способности по сравнению с системами LIDAR.

---

Рисунок 2: Рабочие параметры Nikon

---

ЛИДАР:

Рисунок 3 — FARO FocusS

Фотография на рис. 3 представляет собой лазерный сканер FARO FocusS Plus, фазовый лазерный сканер дальнего действия или систему «LIDAR». Это типичный модуль 3D-сканирования, используемый для сбора крупномасштабных данных на высокой скорости.Излучатель лазера закреплен горизонтально в левой половине корпуса и направлен в центр вращающегося под углом зеркала, которое излучает непрерывную серию лазерных лучей в плоскости, перпендикулярной общей оси лазера и зеркала. Корпус полностью вращается на основании, как показано на рис. 4, чтобы обеспечить измерения в пределах горизонтальной дуги в 360 градусов. Результирующий образец лазерных данных создает то, что называется облаком точек, серию точек данных с информацией x, y, z, создавая цифровую трехмерную среду для любого сканируемого объекта или ландшафта.Система LIDAR способна собирать большие объемы данных за очень короткое время.

---

Рисунок 4: Рабочие параметры FARO

---

Эти два устройства иллюстрируют ключевое различие между LIDAR и Laser-Radar: система LIDAR обычно постоянно находится в движении во время сбора измерений. LIDAR непрерывно перемещает лазерный луч по большой площади, чтобы собрать миллионы точек, в то время как голова движется с большой скоростью.Лазерный радар, как и устройство Nikon, является скорее прибором для наведения, стабилизации и измерения. Его можно использовать для сканирования области, но точки выбираются тщательно, собираются медленнее и точнее.

Кардинальное различие этих двух систем в основном подтверждается приложениями. Термин LIDAR часто используется при съемке и картировании. Прикрепите лазерную сканирующую систему LIDAR к самолету или автомобилю, объедините ее с GPS или другой системой ориентации, и вы сможете нанести на карту большие участки местности или обочины.Другими примерами LIDAR являются сканеры, установленные на дронах, или автономные автомобильные системы наведения. Требуемая точность для такого рода работ может составлять от десятой доли дюйма до фута; дальность действия может составлять тысячи футов при условии прямой видимости цели. Портативные лазерные 3D-сканеры «дальнего действия», которые измеряют комнаты, здания, самолеты, корабли или объекты аналогичного размера с точностью 0,030–0,120 дюйма, также относятся к категории LIDAR. Это разновидность технологии LIDAR, которая часто используется в строительстве или инженерии.

Лазерно-радарные системы нашли свое применение в измерении детализированных объектов. Их плотно сфокусированный луч способен собирать точные данные с высоким уровнем разрешения по конкретной детали объекта. За счет минимизации площади контакта эти системы уменьшают вероятность того, что углы и края отрицательно влияют на обратный сигнал, что приводит к точным размерным данным. Достижение целей, к которым трудно получить доступ с помощью ручных сканирующих устройств, оказалось наиболее полезным применением этих систем.Данные Laser-Radar с точностью портативных координатно-измерительных машин (PCMM) идеально подходят для обратного проектирования, контроля и сравнения деталей с САПР. Мелкие детали, такие как расположение отверстий и их диаметр, легче получить с помощью более точного сфокусированного луча лазерных радаров. Эти системы нашли свою нишу в аэрокосмической и автомобильной промышленности, где точные данные легко получить с минимальным вмешательством.

East Coast Metrology (ECM) имеет более чем двадцатилетний опыт использования различных лазерных систем, предоставляя услуги и обучение многим клиентам.Мы обнаружили, что важно иметь обученного и сертифицированного специалиста, работающего с любым лазерным устройством. Все лазерное оборудование обеспечивает определенный уровень точности, но точность данных, полученных от этих систем, зависит от их правильного использования и интерпретации обученным специалистом. Будь то лидар или лазерный радар, цель состоит в том, чтобы использовать устройство и оператора, которые обеспечивают уровень точности, необходимый для вашего приложения.

LiDAR: Измерение системы измерения имеет важное значение

Важность точного измерения параметров LiDAR и его влияние на производительность и конструкцию систем LiDAR

Многие эксперты считают, что LiDAR — одна из важнейших сенсорных технологий, необходимых для создания частично или полностью автономных транспортных средств.Наиболее многообещающим способом кажется объединение LiDAR с другими системами обнаружения / определения дальности, такими как камеры и радары, в набор систем обнаружения и определения дальности, позволяющих автономным транспортным средствам использовать как минимум две независимые резервные подсистемы для предоставления трехмерной информации высокого разрешения об окружающей среде с очень низкий уровень ошибок. LiDAR является не только ключевым двигателем в развитии автономных транспортных средств, но и преобладает во многих других сферах применения: от всех видов картографии, промышленной автоматизации / робототехники и умных городов до аэрокосмической отрасли, сектора безопасности и обороны.Совсем недавно открытие скрытых археологических раскопок посреди заросших джунглей или мониторинг загрязнения воздуха в городах были горячими темами в средствах массовой информации.

Хотя преимущества LiDAR неоспоримы, а возможности применения широки, разработка этих систем все еще совершенствуется в таких областях, как безопасность для глаз, энергопотребление и общая надежность системы. Знание того, как ведет себя источник света в этих системах, имеет решающее значение для успеха всей системы.Измерение и понимание ключевых параметров LiDAR, таких как средняя мощность или энергия импульса, длина волны, длительность импульса, частота повторения и расходимость луча, имеют решающее значение для успешной разработки систем LiDAR.

Характеристики LiDAR-систем
Чтобы выбрать правильное решение для измерения, которое обеспечит надежные результаты, важно понимать характеристики используемой LiDAR-системы. Большинство систем LiDAR основаны на методе измерения расстояния в импульсном режиме Time of Flight (ToF).При создании надежной (адекватной) вспышки ToF LiDAR без механических движущихся частей необходимо точно модулировать интенсивность, фазу и частоту передаваемого сигнала для генерации наносекундных импульсов с высокой пиковой мощностью. Затем необходимо точно измерить энергию импульса, чтобы такой LiDAR мог достигать больших расстояний при соблюдении допустимых пределов воздействия, что является сложной функцией длины волны, частоты повторения и энергии в импульсе.

Безопасность для глаз
Поскольку глаза людей и животных очень чувствительны к лазерному излучению, возникает вопрос: что можно назвать безопасным для глаз? Многие автомобильные системы LiDAR используют длину волны лазера 905 нм или 940 нм.На этих длинах волн свет легко проходит через сетчатку. Напротив, на длине волны 1550 нм порог повреждения сетчатки намного выше, чем на более низких длинах волн, поэтому могут быть достигнуты более высокие мощности и, следовательно, более длинные диапазоны. Но даже при длине волны 1550 нм LiDAR может повредить роговицу, если мощность лазера будет слишком высокой. При разработке системы LiDAR необходимо учитывать полную картину. Следовательно, измерение и точное определение энергии и мощности импульса имеет решающее значение для понимания того, как оставаться в пределах безопасности глаз при лазерном облучении.Да и сами LiDAR-детекторы могут страдать от переэкспонированной лазерной засветки.

Проблемы измерения
Типичная длительность импульса LiDAR вспышки составляет от нескольких нс до нескольких 100 нс с частотой следования импульсов (PRR) в диапазоне от кГц до МГц. Высокие значения PRR имеют решающее значение для обеспечения быстрого сканирования и надежной 3D-обратной связи по сканируемой среде. Поскольку здесь используется комбинация высокой пиковой мощности с низкой средней мощностью, требуется специальный подход к измерениям, например с использованием датчиков мощности со специальными частотными режимами.Интегрирующие сферы Ophir мощностью от 1 мкВт до 30 Вт также могут измерять сильно расходящиеся лучи. Поскольку характеристика импульса имеет важное значение, интегрирующие сферы Ophir IS1.5 (рис. 1) оснащены быстрыми фотодиодами (FPD) для точного измерения энергии импульса-импульса. Дополнительно к сфере можно подключить спектрометр, и все измерения могут выполняться параллельно. Чтобы преодолеть проблемы с растяжением импульсов, необходимо использовать сферы малого размера. Еще одним вариантом измерения энергии импульса являются пироэлектрические и фотодиодные датчики.Эти датчики могут измерять частоту импульсов до 25 кГц и энергию импульсов до 10 пДж на 900 нм и 30 пДж на 1550 нм.

Рис. 1: Интегрирующая сфера Ophir IS1.5 оснащена быстрым фотодиодом (FPD) для точного измерения энергии между импульсами. Здесь вместе с Центаврианским измерителем энергии.

Чтобы источник света работал с максимальной эффективностью, измерение средней мощности необходимо для решения проблем с энергопотреблением, что имеет решающее значение для производительности таких продуктов, как летательные аппараты с батарейным питанием, такие как дроны.

Еще одним важным аспектом с точки зрения точности систем LiDAR является качество оценки возвращенного сигнала по отношению к качеству отправляемого луча. Если характеристики источника света стабильны и высокого качества, сигнал, полученный от цели, оценивается более точно. Основанные на камерах профилометры пучка Ophir точно анализируют качество, размер, форму и расходимость пучка как в дальнем, так и в ближнем поле.

Заключение
Большинство согласится с тем, что предоставление надежных и точных систем LiDAR для автомобильной отрасли имеет решающее значение для развития беспилотных транспортных средств.Измерение, анализ и полная характеристика источников света в этих системах LiDAR — это небольшая часть достижения этой цели, но она жизненно важна для успеха этих программ.

Читать как PDF

Laser Radar / LIDAR / LADAR и безопасные для глаз лазеры

Лазерный радар / ЛИДАР / ЛАДАР, включая безопасные для глаз лазеры

Системы

LADAR (LAser Detection And Ranging) используют свет для определения расстояния до объекта. Поскольку скорость света хорошо известна, LADAR может использовать короткий импульсный лазер, чтобы осветить цель, а затем рассчитать, сколько времени потребуется свету, чтобы вернуться.Преимущество LADAR перед RADAR (Radio Detection And Ranging) заключается в том, что LADAR также может отображать цель одновременно с определением расстояния. Это позволяет получить трехмерный вид рассматриваемого объекта. Это обеспечивает дальнюю разведку с большей точностью и, следовательно, большую дальность распознавания, чем другие технологии. Более новые системы LADAR с детекторами InGaAs на борту могут использовать безопасные для глаз лазеры (обычно 1,55 или 1,57 мкм), чтобы минимизировать повреждение глаз пользователей, а также повреждение глаз других комбатантов и некомбатантов на поле боя.В дополнение к проблемам безопасности глаз, эти лазеры также скрыты в очках ночного видения и более старых технологиях ночного видения, что позволяет хранить в секрете местоположение обнаруженного объекта и лазера.

На изображении выше слева — изображение LADAR с передней части автомобиля, остановившегося на пешеходном переходе в Санта-Барбаре, Калифорния. Справа те же данные LADAR, «просматриваемые» с места над головой, подчеркивают трехмерный характер собранных данных.

Вот видеозапись с передней части автомобиля, остановившегося на пешеходном переходе в Санта-Барбаре, Калифорния.

На этом видео показаны те же данные LADAR, «просмотренные» с места над головой, подчеркивается трехмерный характер собранных данных.

Изображения любезно предоставлены Advanced Scientific Concepts of Santa Barbara, CA http://www.advancedscientificconcepts.com/

Многие возможности камеры SWIR считаются чувствительными.Если вы хотите узнать больше о возможностях SWIR для военных, вы можете зарегистрироваться на специальном веб-сайте www.swirconops.com. Для доступа к этому сайту вы должны быть государственным служащим США или подрядчиком правительства США и гражданином США.

Waymo больше не будет продавать лидарные датчики Laser Bear Honeycomb другим компаниям.

Waymo выходит из бизнеса по продаже лидаров. Компания, принадлежащая Alphabet, заявила, что больше не будет продавать свои лазерные датчики другим компаниям, что положило конец почти трехлетнему потоку доходов лидера самоуправляемых автомобилей.Об этом впервые сообщил The Information .

Lidar, что означает Light Detection and Ranging, представляет собой лазерные датчики, которые рассматриваются как важный компонент для беспилотных автомобилей. Датчики размещаются на крышах автономных транспортных средств, а также по бокам и решеткам, где они отправляют тысячи лазерных точек для отображения окружающей среды.

Waymo впервые начала производить собственные лидарные датчики в начале 2017 года, чтобы значительно сократить расходы на свой бизнес по производству автономных транспортных средств.В то время компания заявила, что, производя собственные датчики, она может снизить цену за единицу с 75 000 долларов за стандартный лидарный датчик до 7500 долларов.

Компания Waymo впервые начала производство собственных лидарных датчиков в начале 2017 года.

В 2019 году Waymo пошла еще дальше, объявив, что начнет продавать свой лидар, получивший название «Laser Bear Honeycomb», клиентам, которые не будут конкурировать с его бизнесом по производству роботов-такси. Сюда входят компании, занимающиеся робототехникой, безопасностью и сельскохозяйственными технологиями.

Но неясно, насколько прибыльным был этот бизнес для Waymo. Компания не разглашает, сколько лидаров было продано, и сколько клиентов их купили. Представитель компании сказал, что Waymo продолжит производство лидаров для собственных автомобилей.

«Мы сворачиваем наш бизнес по производству коммерческих лидаров, поскольку мы по-прежнему сосредоточены на разработке и развертывании нашего Waymo Driver на наших установках Waymo One (вызов пассажиров) и Waymo Via (доставка)», — говорится в заявлении представителя Waymo.«По мере того, как мы продолжаем развивать наши технологии и масштабировать наш бизнес, мы сосредоточены на областях, которые будут иметь наибольшее влияние на основной бизнес Waymo и будут соответствовать нашей миссии».

После более чем десяти лет работы над этой технологией, Waymo получает лишь небольшую часть фактического дохода. Она управляет службой роботакси в пригородах Феникса, штат Аризона, где еженедельно совершает около 1 000–2 000 поездок. Недавно компания объявила о планах запустить аналогичный сервис в Сан-Франциско.