據(jù)麥姆斯咨詢介紹,激光雷達(LiDAR)是一項使用激光實現(xiàn)測距并創(chuàng)建深度圖的技術,但給人以昂貴且笨重的印象。MEMS微鏡會如何幫助降低激光雷達成本?激光雷達如何實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)解決方案?下文將給予相關說明。
什么是激光雷達?
LiDAR是英文Light Detection And Ranging的簡稱,中文翻譯為“光探測和測距”,其工作方式與雷達非常相似。激光雷達采用的光源,通常是激光,通過計算激光光束從發(fā)射到返回至探測器的時間得到光源和物體之間的距離。但是,并非所有激光雷達系統(tǒng)都采用簡單的計時機制。對于對短距離精度要求較高的應用,可采用相移機制,通過入射光與出射光之間的相位差來推算距離。
激光雷達面臨哪些挑戰(zhàn)?
激光雷達很多實際應用,包括自動駕駛汽車、全自動無人機和三維空間地圖繪制。但激光雷達存在的幾個問題不僅使其價格居高不下,也阻礙了其得到廣泛應用。第一個問題是需要機械反射鏡來實現(xiàn)對激光束方向的偏轉,因此需要電機來控制機械反射鏡,帶來的問題是電機不僅耗電,還使系統(tǒng)體積變得非常龐大。第二個問題是機械反射鏡價格也很昂貴,最終導致系統(tǒng)又大又笨重又貴。在實際應用,這樣的系統(tǒng)只能集成到大型設備中。摒棄旋轉鏡的設計,雖然也可以降低激光雷達價格,但會導致視場角狹窄。
什么是MEMS振鏡?
MEMS(微機電系統(tǒng))執(zhí)行器,可以看作是由電驅動的微型機械系統(tǒng),包括齒輪、傳動裝置、轉動裝置和懸臂梁等微型結構。這些懸臂梁可用大多數(shù)傳感器,包括陀螺儀、加速度計和振動傳感器。MEMS微鏡是一種微型反射鏡,附著在會偏轉的微型結構之上,當電流通過時,能改變鏡面的角度。
MEMS微鏡在激光雷達中扮演什么角色?
認識到MEMS微鏡對激光方向的偏轉作用后,來自佛羅里達大學的研究團隊構建了激光雷達系統(tǒng)原型,不僅視場角廣,而且功耗非常低,并且可以輕松地安裝在小型設備中。激光雷達選擇MEMS微鏡作為激光雷達系統(tǒng)的掃描元件,只需9V電池就可以為激光雷達供電。在激光雷達原型中還集成了一顆被動紅外傳感器(通常用于安全系統(tǒng))以探測個體存在,如果未探測到個體,則系統(tǒng)關閉電源。該原型成為使用智能環(huán)境控制系統(tǒng)(包括供暖和空調系統(tǒng))的住宅和商業(yè)應用的理想選擇。為了簡化設計,該原型利用市售零部件來進行測距數(shù)據(jù)處理,但這是造成激光雷達系統(tǒng)體積偏大且耗電的組件之一。因此,研究人員計劃自己研發(fā)尺寸小、功耗低的激光雷達。
激光雷達變得尺寸更小,價格更親民,將有助于將其集成到許多應用,包括物聯(lián)網(wǎng)傳感器、自動駕駛汽車和可繪制周圍環(huán)境的控制系統(tǒng)。激光雷達可實現(xiàn)目標物體的跟蹤、識別和避讓,這是單個攝像頭難以完成的任務。激光雷達之所以優(yōu)于攝像頭系統(tǒng),是因為它能提供距離測量,這意味著無需人工智能,單個傳感器就可以分辨出物體在前景或背景中的差異。雖然攝像頭可以根據(jù)物體外觀(顏色、形狀和大小)識別物體,但從理論上講,激光雷達結合物體輪廓數(shù)據(jù),這僅在物體自身突出時才有效。激光雷達的分辨率足以勾勒出物體的平滑輪廓??傮w而言,對于自動駕駛汽車來講,激光雷達是一項實時測距、無需人工智能算法就能識別出平面2D圖像的快速技術。
原文標題:MEMS微鏡如何幫助激光雷達“瘦身健體”?
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