近年來,激光雷達在很多應(yīng)用領(lǐng)域受到熱捧,而激光雷達從機械式到半固態(tài)、再到全固態(tài),從龐大體型到芯片化、集成化,激光雷達的技術(shù)路徑和形態(tài)也正在經(jīng)歷革命性轉(zhuǎn)變。工業(yè)領(lǐng)域,激光雷達應(yīng)用正越來越多。
工業(yè)激光雷達受益自動化升級增速上漲
工業(yè)雷達受益于工廠自動化程度的提升,其用量開始迅速增加。另一方面,新基建中的智慧交互、交通監(jiān)控也迫切地需求高精度傳感器件。物流、倉儲移動機器人的興起也是工業(yè)級雷達市場容量非常大的一片藍海市場。
根據(jù)YOLE數(shù)據(jù),工業(yè)激光雷達的市場走勢非常好,從2021年到2026年年復(fù)合增長率維持在了28%。從傳統(tǒng)工業(yè)到智慧城市、智慧交通到最后一公里的倉儲物流,包括新興的工業(yè)類復(fù)合消費類的應(yīng)用領(lǐng)域都呈增長態(tài)勢。
其中工廠自動化類應(yīng)用增速最高,年復(fù)合增長率達到了37%。針對下一階段激光雷達工業(yè)應(yīng)用的目標(biāo)市場,根據(jù)艾邁斯歐司朗給出的分析,主要集中在激光測距儀、自動導(dǎo)引車、無人機/機器人以及交通監(jiān)控屏這幾大領(lǐng)域。
工業(yè)激光雷達不同的硬件架構(gòu)
激光雷達的整個系統(tǒng)構(gòu)造分為四大部分,處理控制部分和ASIC部分負責(zé)光學(xué)信號處理,發(fā)射單元和接收單元負責(zé)感知。發(fā)射器端除了激光,還有一個驅(qū)動,再加上透鏡,就構(gòu)成了發(fā)射器模組。激光測距的原理非常簡單,對比所有的測距方法屬于不算難的那一類。但這里面有很多問題需要解決,這束光如何發(fā)射出去,發(fā)射出什么樣的光形又需要通過什么樣的處理等等。
這些都和激光器以及驅(qū)動息息相關(guān)。眾所周知,激光器是激光雷達應(yīng)用的核心器件,這也緊密地關(guān)系著激光雷達的技術(shù)路線與目標(biāo)市場。EEL和VCSEL激光器是目前最主流的一個選擇。從實現(xiàn)的效果來看,體現(xiàn)在測距能力、角度分辨率以及視場大小上。
目前來講激光雷達都是通過非常高的功率(大概在100多瓦)與非常短的脈沖來實現(xiàn)激光的發(fā)射,具體的脈沖信號強度和發(fā)射模組中的驅(qū)動有關(guān)。在10%反射率的情況下,激光雷達能檢測多遠的距離,視場能有多大,都是直接受硬件構(gòu)成的影響。
不同光束掃描方式在視場、測距范圍上的表現(xiàn)也不盡相同。目前只有機械旋轉(zhuǎn)式的激光雷達通過旋轉(zhuǎn)鏡能在視場上達到360°,其他掃描方式的視場范圍均在180°以下。旋轉(zhuǎn)式的激光雷達雖然視場范圍、測距范圍都很大,但是目前來說其在穩(wěn)定性、體積還有成本上都還有沒有完全解決的挑戰(zhàn)。
棱鏡掃描和MEMES鏡頭掃描相對來說技術(shù)成熟度更高,視場則小一些,在抗擾和光學(xué)設(shè)計上處理起來稍微有些復(fù)雜。固態(tài)激光雷達則沒有旋轉(zhuǎn)部件,視場小但性能高,不過需要平衡距離和分辨率。
在棱鏡掃描和MEMES掃描的激光雷達系統(tǒng)中,EEL覆蓋了長中短距的各種應(yīng)用,是非常理想的光源。在全區(qū)域爆閃模式下的固態(tài)激光雷達,則根據(jù)距離的要求而選擇VCSEL或EEL。而應(yīng)用在分區(qū)控制等固態(tài)激光雷達應(yīng)用則可以充分利用VCSEL的多發(fā)光孔的特性,實現(xiàn)1D/2D控制。
總的來說,對應(yīng)于應(yīng)用場景的需求,掃描方式從單線機械旋轉(zhuǎn)、多線機械卸旋轉(zhuǎn)到MEMS再到全固態(tài),都需要在視場、圖像分辨率與成本上做平衡,這樣一來掃描方式的選擇就才比較有針對性。
測距方法的選擇同樣十分多樣,TOF優(yōu)勢在于綜合成本很有性價比;FMCM的優(yōu)勢在于長距離感測的效果拔群,而且抗干擾能力很強;dTOF則技術(shù)成熟度很高,綜合成本和優(yōu)勢都很明顯,也是市場上的主導(dǎo)方案。
小結(jié)
隨著像素密度愈來愈高,體積越來越小,激光雷達工業(yè)應(yīng)用傳感器中的比重會越來越大。激光雷達性能優(yōu)勢繼續(xù)保持的同時,成本方面隨著使用數(shù)量增長價格也將進一步下探。很多傳感視覺傳感器無法覆蓋的工業(yè)感知應(yīng)用,現(xiàn)在不少都通過激光雷達解決了感知難題。
審核編輯 :李倩
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原文標(biāo)題:解決工業(yè)傳感難題,工業(yè)激光雷達的多種選擇
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