近年来,随着更好的制造技术和大规模生产降低了这项技术的价格,激光雷达越来越受欢迎。
但是由于没有一种激光雷达解决方案是最适合所有应用的,所以选择合适的LDAR是很棘手的,一个>5万美元的激光雷达对于自主车辆来说是很好的,但它可能无法正确地检测不到一米以外的障碍物,一个<1万美元的激光雷达可以有效地完成这项工作,但可能无法看得很远。
如果你正在考虑在你的任何项目中使用激光雷达,请继续阅读,了解如何为你的应用选择合适的激光雷达。
激光雷达的用途是什么?
多年来,激光雷达一直被用于测量、林业、地质、采矿、建筑和测绘,但现在它们正成为自主车辆和机器人应用的热门组件。
例如,在建筑领域,你可以得到一个手持式激光雷达设备,在建筑物周围行走时携带。该设备可以创建一个3D点云,因此你可以将建筑物的扫描与建筑设计的CAD文件进行匹配,以查看真实的建筑物是否符合测量要求,也可以协助进行竣工过程和测量。
在采矿业中,你可以使用激光雷达进行安全和监控。与其将人类置于危险之中,你可以将装备激光雷达的机器人送入矿井,以检测异常情况,如墙壁上的裂缝或其他可能存在危险的物理物体。虽然你也可以用摄像头来做这件事,但摄像头并不擅长拾取深度,即使你能看到墙上的裂缝,摄像头也无法告诉你它有多深。摄像机还受光线条件的影响很大,在某些环境下可能不是很理想。
长距离与短距离和近距离
首先,你要看激光雷达的射程。根据经验,射程在100米以上的长距离激光雷达价格较高。
例如,长距离激光雷达可以很好地用于导航快速移动的车辆.,但它们通常只能探测中远距离的物体,它们不能在近距离上工作,例如用于探测1米以内的物体。
如果你的应用涉及到快速移动的车辆,长距离激光雷达可以提供帮助,因为你必须检测远处的物体,并在物体靠近之前采取必要的行动。
在室内或移动速度较慢的车辆,你通常不需要长距离。 如果你正在操作一个缓慢移动的机器人,你通常需要看到25米以内,你可以用短程激光雷达工作。
近距离激光雷达用于探测附近的物体。例如,您可能需要在车辆上使用近距离激光雷达来检测障碍物,同时打开车门。通常情况下,您会将长距离或短距离激光雷达与近距离激光雷达结合起来。
二维与三维
二维激光雷达将探测一个物体。3D激光雷达会产生一个更详细的点云,可以用来确定物体的形状和深度,并确定它是什么,而不仅仅是告诉机器人或车辆 "那里有东西"。3D可以让你更好地理解周围的环境,所以你的机器人或车辆可以区分一棵树、高速公路上的标志或迎面而来的卡车。
区别其实在于可以从它们身上提取的信息。例如,在建筑物中使用它们,2D激光雷达只能给你一个平面图,而使用3D激光雷达,你可以得到3D地图和建筑物中每个物体的位置和高度。所以,使用哪一种取决于应用。
如果你是在平面环境中导航,而且你的机器人不高,也许2D激光雷达就足够了。然而,对于3D户外环境,其中有障碍物,如悬挂的树枝或管道,你需要3D感知。3D激光雷达在其他应用中也很有用,比如地形分类和分割。
对不同应用的更多考虑
视场(FoV)。视场是任何激光雷达的一个关键特征。它沿水平和垂直轴分别测量。自主车辆通常配备一个或多个具有360°水平视场角的激光雷达,或更多数量的定向激光雷达,以确保360°度的视野。然而,它可能不需要一个larege垂直FoV,因为它可能只需要看道路,可能需要看离路面30到40度。
如果您的应用是在有限的空间内避开障碍物,您可能不需要360度激光雷达。360度环绕功能并不是所有情况下的资产。如果您只需要直视前方,360度激光雷达会给您提供额外的非必要数据,从而给系统处理带来不必要的负荷。
通道数量。拥有更多通道的激光雷达会产生更密集、更详细的点云。你选择得到的数量可能会归结为你的预算、处理能力、物体的大小、与物体的距离。
相邻通道之间的垂直距离。如果你想检测小物体,你需要确保分离度尽可能小,否则物体有可能落在相邻的两个通道中而不被检测到。
不过,可以通过移动激光雷达,使相邻的激光器落在不同的点上,从而能够探测到物体,来缓解这一问题。有些激光雷达在垂直FOV中心附近的分离度较小,而远离中心的分离度较大。这有助于探测激光雷达焦点附近的物体。
探测低反射率物体。激光雷达的探测范围和精度有很大的不同,这取决于物体的反射率或从物体反射回来的光的多少。被称为 "反射率"(Remission),用百分比表示。一面白色的干墙会有接近90%的反射率,而像煤炭这样的东西会有5%左右的反射率。
一台激光雷达的探测范围通常以80%的回波表示,它可以下降到1/4甚至更少的10%的回波。如果你的项目涉及到观察或探测较暗的物体或不反射大量光线的物体,你可能会想要求激光雷达制造商提供不同的衰减范围和精度......当然,除非你一直在看白色的干墙。
点/秒:PPS或点/秒是另一个很好的规格。它显示了每秒要进行多少次激光测量。更多的点将导致更详细、更密集和更精确的点云。
PPS主要是激光雷达的频率(Hz)、通道数和回波数的函数。在双回波模式下工作的激光雷达,每秒提供的点数会增加一倍。同样,激光雷达以较高的频率工作,也会产生较高的PPS。
安全认证的激光雷达:如果你的机器人或自主导引车需要在人类中运行,你可能需要一些安全等级的东西。有一些公司提供安全等级的二维激光雷达,但这个选项在这个时间点上是非常有限的。安全等级的激光雷达只是整个系统的一个组成部分,还需要考虑其他因素,使整个系统获得安全认证。
激光雷达还是完整的解决方案?你可能需要一个完整的测绘解决方案,而不仅仅是激光雷达。你的技术资源将决定如何轻松地将一个广泛的生态系统落实到位。LiDAR可以为您提供一个点云,但为了使其更有意义,您可能需要本地化、时间标记和其他有价值的数据。您可能需要考虑由LiDAR、IMU、GPS、相机和软件组成的完整解决方案。你可能还需要做一些后处理,以有意义的方式使用数据。
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