對(duì)于使用機(jī)器人和自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)的工業(yè)應(yīng)用，紅外光與相應(yīng)傳感器之間的交互至關(guān)重要。要在3D系統(tǒng)中捕獲真實(shí)世界的信息，制造商有幾種不同的方法可選。

出行領(lǐng)域正在發(fā)生巨大的飛躍。無(wú)論是開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛解決方案的汽車(chē)領(lǐng)域，還是使用機(jī)器人和自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)的工業(yè)應(yīng)用，都是如此。整個(gè)系統(tǒng)中的各個(gè)元器件必須相互配合，相互補(bǔ)充。主要目標(biāo)是創(chuàng)建車(chē)輛周?chē)臒o(wú)縫3D視圖，用這張圖來(lái)計(jì)算物體距離，并借助特殊算法啟動(dòng)車(chē)輛的下一步行動(dòng)。事實(shí)上，這里同時(shí)使用了三種傳感器技術(shù)：LiDAR(激光雷達(dá))、雷達(dá)和攝像頭。根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景，這三種傳感器各有優(yōu)勢(shì)。將這些優(yōu)勢(shì)與冗余數(shù)據(jù)相結(jié)合可大大提升安全性。這些方面協(xié)調(diào)得越好，自動(dòng)駕駛汽車(chē)就能更好地在周遭環(huán)境中行駛。

01直接飛行時(shí)間(dToF)

在飛行時(shí)間方法中，系統(tǒng)制造商使用光速來(lái)生成深度信息。簡(jiǎn)言之，就是將定向光脈沖發(fā)射到環(huán)境中，當(dāng)光脈沖碰到物體時(shí)，它會(huì)被光源附近的探測(cè)器反射并記錄。通過(guò)測(cè)量光束到達(dá)物體和返回所用的時(shí)間，可確定物體距離，而在dToF方法中，可確定單個(gè)像素的距離。接收到的信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)最終處理以觸發(fā)相應(yīng)的操作，例如進(jìn)行車(chē)輛規(guī)避操作，以避免與行人或障礙物相撞。這種方法稱為直接飛行時(shí)間(dToF)，因?yàn)樗c光束的確切“飛行時(shí)間”相關(guān)。自動(dòng)駕駛車(chē)輛的LiDAR系統(tǒng)就是典型的dToF應(yīng)用示例。

02間接飛行時(shí)間(iToF)

間接飛行時(shí)間(iToF)方法類(lèi)似，但有一個(gè)顯著的區(qū)別。來(lái)自光源(通常為紅外VCSEL)的照明被勻光片擴(kuò)大，并發(fā)射脈沖(50% 占空比)到定義的視場(chǎng)。

在下游系統(tǒng)中，如果光沒(méi)有遇到障礙物，存儲(chǔ)的“標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)”將在一段時(shí)間內(nèi)觸發(fā)探測(cè)器。如果物體中斷該標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，系統(tǒng)可根據(jù)所產(chǎn)生的相移和脈沖序列的時(shí)延，確定探測(cè)器每個(gè)定義像素的深度信息。

03主動(dòng)立體視覺(jué)(ASV)

在“主動(dòng)立體視覺(jué)”方法中，紅外光源(通常為VCSEL或IRED)用一種圖案照亮場(chǎng)景，兩個(gè)紅外攝像頭則以立體形式記錄圖像。

通過(guò)比較兩個(gè)圖像，下游軟件可計(jì)算所需的深度信息。光源通過(guò)投射一種圖案來(lái)支持深度計(jì)算，即使是在墻壁、地板、桌子這樣紋理很少的物體上也可以進(jìn)行。這種方法非常適合機(jī)器人和自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)(AGV)上的近距離、高分辨率3D傳感，用于避障。它還應(yīng)用于生產(chǎn)線零件的光學(xué)檢測(cè)、安保攝像頭和監(jiān)控。艾邁斯歐司朗擁有在NIR中提供高對(duì)比度點(diǎn)陣照明的點(diǎn)陣投射器產(chǎn)品組合，使系統(tǒng)可抵抗光照。主動(dòng)立體視覺(jué)相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)控制整體系統(tǒng)的成本有積極的影響。但是，由于系統(tǒng)原因，攝像頭需要分離，因而這種方法需要大量安裝空間。

由于工業(yè)生產(chǎn)或物流自動(dòng)化程度提高等趨勢(shì)，對(duì)相應(yīng)技術(shù)的需求也在增加。根據(jù)各自的技術(shù)方法和最終應(yīng)用，有些光源比其他光源更適合。

對(duì)于LiDAR，有兩個(gè)不同的主系統(tǒng)可用來(lái)獲取3D點(diǎn)云：閃光LiDAR和掃描LiDAR。掃描LiDAR系統(tǒng)由一個(gè)聚焦脈沖激光束組成，通過(guò)機(jī)械旋轉(zhuǎn)鏡或微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)鏡指向某個(gè)小立體角。

對(duì)高功率脈沖激光束進(jìn)行控制，使其只發(fā)射到一個(gè)小立體角，與3D閃存系統(tǒng)相比，使用光功率的可達(dá)距離要大得多?？蛇x擇EEL產(chǎn)品用于這些系統(tǒng)架構(gòu)。它們?cè)诰o湊空間通過(guò)小發(fā)射區(qū)發(fā)射大量光，從而實(shí)現(xiàn)出色的功率和范圍。因此，很多解決方案中已經(jīng)使用了EEL。艾邁斯歐司朗成為領(lǐng)先的LiDAR激光制造商已逾15年，在該領(lǐng)域已生產(chǎn)超過(guò)1000萬(wàn)個(gè)芯片，沒(méi)有一個(gè)芯片有缺陷。作為該領(lǐng)域的半導(dǎo)體專(zhuān)家，艾邁斯歐司朗將當(dāng)今LiDAR系統(tǒng)的常見(jiàn)波長(zhǎng)確定為905納米。與具有其他波長(zhǎng)的系統(tǒng)相比，905納米解決方案具有出色的系統(tǒng)效率、杰出的可靠性以及具有吸引力的系統(tǒng)成本。

最近，一種與LiDAR相關(guān)的新技術(shù)被越來(lái)越頻繁地提到：VCSEL(垂直腔體表面發(fā)射激光)。VCSEL將兩種照明技術(shù)的屬性相結(jié)合：紅外LED的高功率密度和簡(jiǎn)單封裝，以及激光的譜寬和速度。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)包括出色的光束質(zhì)量、簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)以及微型化進(jìn)步，也正是這些優(yōu)勢(shì)促進(jìn)了VCSEL市場(chǎng)的增長(zhǎng)。一般來(lái)講，VCSEL需要的安裝空間可能比EEL發(fā)射器多，但在某些應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)。例如，VCSEL的輻射特性使其特別適合閃存LiDAR系統(tǒng)以及機(jī)器人和自主移動(dòng)機(jī)器人等工業(yè)應(yīng)用。通過(guò)3D閃存LiDAR，脈沖激光束一次性發(fā)射到整個(gè)相關(guān)立體角。要獲得一定分辨率的點(diǎn)云，需要光敏檢測(cè)器的n x m陣列(光電探測(cè)器的陣列或CMOS ToF芯片)。

不管客戶喜歡哪種系統(tǒng)方法，艾邁斯歐司朗都能以極其廣泛的產(chǎn)品組合提供所有常用方法，包括紅外LED、VCSEL和EEL。艾邁斯歐司朗是提供用于LiDAR的VCSEL和EEL的全球領(lǐng)導(dǎo)者。這兩種產(chǎn)品都具有出色的光學(xué)性能和效率。此外，客戶還可從適合其系統(tǒng)的各種邊緣發(fā)射器封裝設(shè)計(jì)中選擇，無(wú)論是TO金屬罐、塑料還是峰值輸出功率為120 W的SMT封裝等。在VCSEL領(lǐng)域，艾邁斯歐司朗提供各種波長(zhǎng)(680至940納米)、功率級(jí)(7mW至>60 W)和多種視角。除了尺寸小巧，這些產(chǎn)品還具有出色可靠性和領(lǐng)先的VCSEL技術(shù)，適用與廣泛的應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介：

Matthias H?nig

Matthias H?nig是艾邁斯歐司朗光電半導(dǎo)體產(chǎn)品線可視化和激光業(yè)務(wù)的全球營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理，負(fù)責(zé)汽車(chē)和工業(yè)領(lǐng)域的激光雷達(dá)(LiDAR)應(yīng)用。

原文標(biāo)題：讓機(jī)器更明眼，工業(yè)LiDAR系統(tǒng)勢(shì)頭正勁

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審核比較：湯梓紅