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激光雷达与3D成像技术-之 扫描方式

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clocklab 发表于 2018-10-7 09:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
结合激光雷达的实现方式,描述激光雷达的扫描方式。讲述主流的探测手段和分析其优缺点。本专题一共4章,分别1-TOF探测,2-扫描方式,3-LiDAR应用,4-3D成像,请尊重原创,转载请说明。
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成像激光雷达可采用多种工作体制:
     1.单元探测器扫描成像,作用距离远,成像速率低;
     2.阵列探测器非扫描成像,成像速率高,但距离不够远。
当前激光雷达的扫描器可以分三种:力学、电学、二元光学扫描器。
点扫描分类:
       1、摆动扫描:通过电机控制棱镜做轴向摆动,呈现Z字形扫描;
       2、多边形转镜扫描:利用多边形镜柱反射实现扫描,呈现平行扫描;
       3、Palmer扫描:通过中轴作旋转的阵形棱镜形成椭圆形扫描;
       4、光纤扫描:通过机械转动将激光投射到光纤上,形成平行扫描。
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采用APD探测器,使用单一转镜实现二维扫描,成像帧率30fps,分辨率16x101像素。
该激光雷达的扫描区域近似为一个长方形,具有一定的弧度,左右对称,旋转面镜拥有 16个不同角度的镜面,在每个镜面旋转过程中出发101 次有效激光脉冲,16个镜面101个扫描点构成一个16x101的扫描面。

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线扫描:
      多线束激光雷达:4线束、8线束、16线束、32线束、64线束等。
2.5D,垂直视野不超过10°;
3D,垂直视野在30°-40°。

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多条扫描线组成的平面叫扫描面,所有扫描点叫扫描层,本例为四线构成扫描面,角度覆盖
(1.6°~-1.6°)
举例2:
图像空间的取样是等角度均匀的,通常使用极坐标系来与笛卡尔坐标系进行换算,获得不等距扫描点。
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美国VELODYNE公司设计的HDL-64E激光雷达,主要应用与汽车、船只障碍物探测、路径导航等,1级人眼安全激光,波长905nm,水平扫描视场360°,垂直视场26.8°,
画面更新频率5-15Hz,测距精度小于2cm,探测范围50m-120m。

光学相控阵:
光学相控阵(OPA)的概念来源于传统的微波相控阵。一束光经过分束器分为多路光信号,不存在相位差,波束向前传播,通过电,热等手段在各路附加相位后,光束指向垂直于等相位面,光束传播发生偏转。
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传统光学相控阵实现方式:基于液晶(LC)和锆钛酸铅镧陶瓷(PLZT)材料。PLZT材料需要的调制电压较高,达到10V以上,扫描角度受限,液晶的电光效应来自于液晶分子在电场作用下的重新取向,但液晶分子的重新取向过程是一个非常缓慢的过程。
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光波导光学相控阵:
根据移相器不同分为电光控制,热光控制等方式。
电光移相器是根据光的电光效应,即通过外加电压的方式,改变波导的折射率,引入相位差,完成调制功能。
光波导芯层和其两侧的包层构成,芯层高折射率,包层低折射率兼做电极,通过电光效应实现相位调制。

MEMS扫描镜:
MEMS扫描镜与传统光学扫描镜相比优势明显:尺寸小,成本低,扫描频率高,响应
速度快,功耗低,已经在条形扫描,光通信,激光投影显示,内窥镜等领域得到了广泛的应用。

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非扫描方式:
1、采用焦平面阵列器件,成像速率都非常高;
2、去掉了复杂笨重的扫描装置,同样的成像帧率条件下,曝光时间可以更长,灵敏度更高;   
3、可以满足更长作用距离的需求,例如增大到10 公里,在军事上使之可以满足一般战术需要 。   
非扫描式盖革模式的APD激光雷达系统结构简单、易于大规模集成、灵敏度高、成像速度快、无扫描、作用距离远,广泛的应用于军事和民用领域,尤其是高速移动载体、大范围场景信息获取应用中。

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iseesx 发表于 2018-12-24 14:50 | 显示全部楼层
thanks!
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xjaodong 发表于 2019-3-18 11:06 | 显示全部楼层
好东西
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senran 发表于 2019-12-4 16:50 | 显示全部楼层
好东西,想下载
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xuhai777 发表于 2020-8-1 11:20 | 显示全部楼层
感谢分享,个人觉得双目视觉才是终极
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