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200米远距离探测:Luminar激光雷达的秘技

  • 产品时间:2021-11-24 00:14
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简要描述:目前的汽车LiDAR(激光雷达)通过利用近红外波段的905nm半导体激光器升空激光脉冲,然后记录反射光来创立汽车周围环境的点云图。可是,美国及其它国家的激光安全性法规容许了激光脉冲的功率,造成LiDAR的观测范围容许在了30~40米左右,这对于一辆高速行驶的汽车来说,安全性的制动器距离太短了。自动驾驶汽车制造商必须定位最少200米范围内的较低光线物体,以留下汽车充裕的时间来辨识威胁并采行制动器,因此,它们开始转而谋求其它技术来修补。...

详细介绍
本文摘要:目前的汽车LiDAR(激光雷达)通过利用近红外波段的905nm半导体激光器升空激光脉冲,然后记录反射光来创立汽车周围环境的点云图。可是,美国及其它国家的激光安全性法规容许了激光脉冲的功率,造成LiDAR的观测范围容许在了30~40米左右,这对于一辆高速行驶的汽车来说,安全性的制动器距离太短了。自动驾驶汽车制造商必须定位最少200米范围内的较低光线物体,以留下汽车充裕的时间来辨识威胁并采行制动器,因此,它们开始转而谋求其它技术来修补。

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目前的汽车LiDAR(激光雷达)通过利用近红外波段的905nm半导体激光器升空激光脉冲,然后记录反射光来创立汽车周围环境的点云图。可是,美国及其它国家的激光安全性法规容许了激光脉冲的功率,造成LiDAR的观测范围容许在了30~40米左右,这对于一辆高速行驶的汽车来说,安全性的制动器距离太短了。自动驾驶汽车制造商必须定位最少200米范围内的较低光线物体,以留下汽车充裕的时间来辨识威胁并采行制动器,因此,它们开始转而谋求其它技术来修补。

不过,市场上最少还有一家LiDAR制造商,仍在大大探寻前进。据麦姆斯咨询此前报导,今年春季,美国初创企业LuminarTechnology公布了一款利用1550nm波长激光器构建200米观测距离的LiDAR。上周,Luminar将其LiDAR系统组装在一辆标准的奔驰车上,并在德国慕尼黑的激光世界光电子展上展开了展出。

Luminar的LiDAR系统包括一个激光器、一个传感器和一款活动光学组件其顺利的关键在于严格的安全性法规,使Luminar需要在传统汽车中利用1550nm激光器取得了40倍于905nm激光器的激光脉冲强度。极强的功率使这款长波LiDAR的观测范围不断扩大了10倍,分辨率提升了50倍。

不断扩大的观测范围对于一辆高速行驶的汽车来说意义极大,因为一辆以75英里时速行经的汽车,其一秒钟的移动距离高达34米。激光器安全性法规的有所不同,源于这两个波长激光所带给的危害差异。人体最更容易受到激光束危害的部位,是人眼后方的视网膜。意味着是盯着太阳看,之后能伤害薄弱的视网膜,这就是我们的眼睛为什么在付出代价阳光时会不心态的展开规避。

由于激光是经过光束的较宽光束,因此其危害更大,因为人眼不会将平行激光束汇集成一个小点感应到视网膜上,这就是为什么安全性法规将激光命令光束的功率容许为5毫瓦。视网膜对目前汽车LiDAR使用的905nm红外激光没有响应,因此我们看到LiDAR收到的激光。

但是人眼不会将905nm的红外激光传送到视网膜上,因此它不会遭和红外线一样的法规容许。事实上,这不会带给更大的危害,因为我们的眼睛无法对视网膜没有响应的光源展开本能的规避。人眼内部对于905nm波长的光相等于是半透明的(蓝色箭头);因此,使用905nm波长的LiDAR可以照射薄弱的视网膜。

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但是,人眼对于1550nm波长的光则是不半透明的(红色箭头),因此,该波长的光无法感应到视网膜上,从而可以使用更高功率的LiDAR而会对人眼导致损害人眼内部的晶状体、眼角膜以及眼球内的液体,对于波长更大的光的透明度不会显得更加较低,这主要是由于眼球内液体的吸取。基本上波长小于1400nm的光都无法感应到视网膜上,因此,激光器安全性标准容许更大波长的高功率输入。

尽管宽波长激光不会伤害眼角膜,但是仅有在强度低于视网膜伤害阈值几个数量级的情况下才不会再次发生。警用LiDARGPS枪警用LiDAR枪使用905nm激光器是因为它们不必须长距离观测,这种波长的激光器更加经济,而且还可以使用价格便宜的硅探测器。

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但是,非汽车LiDAR开发者指出1550nm波长是LiDAR拟合的波长,美国南佛罗里达大学已卸任知名教授、LiDAR先驱DennisKillinger称之为。那些是户外应用于的LiDAR,因此使用一款人眼安全性的波长,可以构建长距离观测,而需要担忧对周围人群的眼睛导致损害。1550nm激光器普遍应用于通讯等领域,例如美国马萨诸塞州的SemiNex公司之后获取该波长的激光器。

硅传感器对1550nm波长的激光没有响应,但是室温InGaAs传感器可以,而且InGaAs传感器也是标准的通讯产品。Velodyne固态LiDAR传感器Velarray1550nm波长的激光器和传感器的成本显然要比905nm波长的高,但是Killinger说道,如今10000美元左右的汽车LiDAR系统的主要成本在于简单的光机械扫描器,它每秒环绕激光器和传感器转动多次。

大幅度减少LiDAR价格最有期望的方案是去除目前使用的成本高昂的光机械扫描器,而使用光学版本的相控阵天线。相控阵天线经常应用于雷达和手机中,它们包括两边布置的缝隙天线元件,通过电子信号引领而非运动部件展开探讨。“目前有许多团队正在研究平面固态面板的小型开槽相控阵光学阵列,”Killinger说道。去年,MIT(麻省理工学院)的光子系统组和DARPA(美国国防部高级研究计划局)讲解了一款在300mm芯片上打造出的固态LiDAR,据信可以通过规模量产将产品价格掌控在10美元。

今年,也早已有几家公司宣告将要量产固态LiDAR,价格都将掌控在100美元左右,例如:Velodyne在今年4月公布了其新款相同激光器固态LiDAR传感器Velarray;Quanergy在今年初宣告将在2017年量产其首款经济型固态激光雷达QuanergyS3;Cepton也在今年5月发售了HR80T远距离和HR80W广角激光雷达(LiDAR)产品,使用了其独特的微动(micro-motion)技术,抛弃了大型的光机械转动部件。Luminar的LiDAR加装在测试车辆车顶的前视图Luminar则寄希望于有所不同的方案,它们将指向有所不同方向的LiDAR组装在汽车上。每个LiDAR仅有包括一个激光器和接收器,并将自定义的反射镜迁移密封的壳体中。

不过,他们并不意图将LiDAR的价格很快减少到100美元区间,Luminar创始人兼任首席执行官AustinRussell称之为,对于自动驾驶汽车来说,最重要的不是成本,而是性能。


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