【虹科】固态激光雷达扫描模式:呈眼形且可配置
虹科激光雷达点云为什么呈眼形?如何配置?这些配置针对不同应用的优势是什么?
虹科固态激光雷达点云具有与众不同的特征,其中最引人注目的是它的呈人眼形状,这与传感器的设计以及开发所谓的“扫描式激光雷达”有关。为了理解为什么虹科激光雷达的点云是椭圆形的,我们需要看看传感器内部以及其扫描模式。
通过计算飞行时间探测距离
虹科固态激光雷达采用基于飞行时间原理的技术:发射激光脉冲,并根据其被物体反射回来并被传感器再次检测到所需的时间,可以精确地确定物体的距离。每秒重复这个过程数百万次,就可以生成周围环境的详细图像。
虹科固态激光雷达通过一个单一的激光源发射激光脉冲。如果传感器仅由该激光源和探测器组成,但没有光束偏转单元,则只能在一个方向上进行测量。因此,为了获得环境的整体图像,传感器设计还包括一个光束偏转单元,也称为扫描仪。由于这些组件的存在,这个激光雷达也被称为:扫描式激光雷达。扫描仪的任务是将光束偏转到环境中,以便将其捕获一个整体,而不是捕获一个点。
两面反射镜形成视场
虹科固态激光雷达的光束偏转单元由两个MEMS反射镜组成。这两个反射镜可以自由摆动。一面反射镜水平移动,另一面反射镜垂直移动。水平反射镜以连续且几乎谐波的曲线振荡。最大光圈角限制了水平视野,但它始终可以聚焦。
另一方面,垂直反射镜的振幅是可变的,可以连续变化。两个反射镜的振动共同构成了扫描环境的视场。一旦启动,反射镜便以“本征频率”振荡。反射镜越大,本征频率通常越低,因为反射镜的重量随尺寸的增加而增加。
反射镜相互移动,形成椭圆扫描模式
但是为什么要有一个高本征频率呢?因为它决定捕获所有“扫描线”所需的时间。一条扫描线是水平镜摆动运动的一半——即激光束由右至左或从左至右扫描一次。两个反射镜的本征频率相互调谐并进行相位偏移,从而以椭圆扫描模式扫描周围的环境。
此模式是这样产生的:水平镜从左向右移动,而垂直镜开始以小幅度振荡。因此,第一条扫描线几乎是一条水平线。对于第二条扫描线,水平反射镜现在从右向左摆动,而垂直反射镜从上到下移动。因此,第二扫描线位于第一扫描线的下方。第三条线从左到右一直延伸到第一条线的下方,直到达到最大垂直视场。一旦场景被完全捕获,所谓的一帧就完成了。
扫描模式的配置
虹科固态激光雷达最多可以产生大约每秒500条扫描线,由于这是一个可设置变量,因此可以应用在不同的条件下。例如,如果每帧需要大量的垂直扫描线,则可以在垂直视场小的情况下设定小的扫描线间距,或者当扫描线之间的距离较大时设置较大的垂直视场来实现。
但是,每帧创建的扫描线越多,扫描整个场景所需的时间就越长。每秒扫描一次视野,最多约500条扫描线。即每个像素测量一次。但是,在一秒钟内传感器的视场会发生很多变化,因此,提高帧速率对于很多应用而言是有意义的。即每秒更频繁地扫描整个视野。要做到这一点,必须减少每帧扫描线的数量,同时也会降低分辨率。
水平分辨率也可以更改。虹科固态激光雷达通过发射激光脉冲工作。这意味着,不是连续光束,而是以特定间隔发射短激光脉冲。在点云中创建特征数据“点”。如果要提高水平分辨率,则必须缩短激光脉冲发射之间的持续时间,从而增加“脉冲频率”。激光二极管不能过热,因为过热会限制脉冲频率,并且还必须符合的人眼安全标准。由于扫描线在边缘处会聚,从而变得过于强烈,通常情况下扫描图像的边缘会被“切断”,在水平光圈角的最外边缘不会发射任何脉冲以保护人眼,而虹科固态激光雷达仅允许用户进行符合人眼安全的扫描设置。
配置灵活,应用广泛
虹科固态激光雷达的特点是所有的这些设置(包括扫描线数量设置,可自定义的视野和可调节的水平分辨率)都可以在用户界面中进行实时调整,当然,也可以通过API进行调整。相关的参数都可以根据当前应用和相应的要求进行调整,也可以在运行期间进行更改。
虹科固态激光雷达可以为每个应用进行单独配置。例如,如果要捕获较大的区域或者需要更高的分辨率来检测小物体,我们则可以上述的方式轻松对传感器进行相应设置。此外,传感器不必仅针对某一应用进行配置,然后专门用于该应用。 由于虹科固态激光雷达十分灵活,因此如果需要的话,可以对其进行重新配置以应用到其他场景。
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