Твердотельный LiDAR предлагает более простое решение для автомобильных датчиков.

XenomatiX на основе Левена обеспечивает то, что он называет «истинным твердотельным датчиком». датчики состояния LiDAR », основанные на концепции многолучевых лазеров и безрисковой, масштабируемой полупроводниковой технологии.

Сложные автомобильные приложения, такие как ADAS и автономное вождение, требуют передовых решений для обнаружения дальности и объектов. Среди них важную роль играет система LiDAR (обнаружение света и дальность). LiDAR, также известный как времяпролетный (ToF), лазерный сканер или лазерный радар, представляет собой сенсорную технологию, основной задачей которой является обнаружение объектов и отображение их расстояний. Это достигается путем освещения цели оптическим импульсом (ширина которого составляет от нескольких наносекунд до нескольких микросекунд) и измерения характеристик отраженного обратного сигнала. Ключевыми факторами для извлечения полезной информации из возвращенных световых сигналов являются мощность импульса, время приема-передачи, фазовый сдвиг и ширина импульса. Несмотря на то, что доступно несколько различных типов LiDAR-систем, они могут быть сгруппированы в две категории в зависимости от типа управления лучом:механические и оптические LiDAR. Механический LiDAR основан на высококачественной оптике и вращающемся узле для создания широкого поля зрения (FOV) до 360 °. Соответствующее отношение сигнал / шум (SNR) довольно хорошее для FOV, но решение громоздкое и тяжелое. Напротив, твердотельные LiDAR не имеют вращающихся механических частей, что обеспечивает высокую степень надежности. Несмотря на то, что их поле зрения уменьшено, есть способ преодолеть это ограничение.

В этой статье будет представлена ​​новая технология LiDAR, разработанная XenomatiX, которая называется истинным твердотельным телом для ADAS, автономного вождения и других дорожных приложений. Следует отметить, что, помимо автомобильных приложений, технология LiDAR может использоваться для трехмерной аэрофотосъемки и географических карт, систем безопасности на заводах, интеллектуальных боеприпасов и анализа газов.

Подход XenomatiX

Сегодня большинство LiDAR-систем являются механическими. Они используют прядильные головки, что приводит к громоздкому, тяжелому и дорогостоящему решению. Чтобы преодолеть эти ограничения, были приняты такие технологии, как колеблющиеся зеркала, чтобы уменьшить размер решения. Однако это все еще остается механическим устройством. С самого начала философия XenomatiX заключалась в том, что в автомобильных приложениях единственной движущейся частью является автомобиль.

Во время интервью EE Times Europe Филип Гойенс, генеральный директор XenomatiX, сказал:«У автомобилестроения совершенно другие требования, они касаются стоимости, размера и надежности. Технологию LiDAR следует выбирать в зависимости от этих трех ключевых факторов. Вот почему мы посчитали, что временные лазерные диоды и механические движущиеся части - это не путь вперед ».

Компания, основанная в 2013 году со штаб-квартирой в Лёвене, Бельгия, ввела термин «истинный» для обозначения твердотельных LiDAR-систем, построенных с использованием полупроводникового лазерного источника и детектора, без сканирования и без движущихся частей. В этом новом решении используется принципиально иной подход по сравнению с обычными оптическими LiDAR, которые используют последовательные измерения, чтобы направить лазерный свет в одном направлении, выполнить измерение и затем перейти к следующему положению. Они шаг за шагом измеряют и фиксируют окружающий сценарий.

«Поскольку механизм сканирования является слабым местом системы LiDAR, подход XenomatiX заключался в устранении механизма сканирования, обеспечивающего возможность многолучевого излучения, которое одновременно посылает тысячи лазерных лучей». - сказал Гуэнс. «Это настоящая инновация, которой мы гордимся».

Вся сцена может быть обнаружена «одной вспышкой» без ограничений меньшего диапазона или высокой мощности, с дальностью более 200 метров и нормальным энергопотреблением. Более того, в отличие от сканирующих LiDAR, облака точек с высоким разрешением не нуждаются в последующей обработке для пространственно-временной коррекции, что обеспечивает гораздо более высокую частоту кадров и лучшую коррекцию.

В результате LiDAR XenomatiX не должен двигаться очень быстро, как обычные оптические системы «наведи и измерь». Поскольку вся сцена измеряется путем одновременной передачи всех лучей без выполнения какого-либо сканирования, у системы есть больше времени для обработки сетки точек измерения с высоким разрешением.

«Нам не нужен самый быстрый лазер, поскольку у нас есть LiDAR, который работает в режиме глобального затвора, то есть он просматривает всю сцену за один снимок, за один кадр», - сказал Гуэнс. «Это дает несколько приятных преимуществ:на нашу систему не влияет размытие движения, и нам не нужен чрезвычайно мощный лазерный драйвер, который может посылать импульсы наносекундной длительности».

Подход, принятый XenomatiX, представляет собой решение для сканирования во время движения, поскольку он устраняет задержку, вызванную сканированием датчиков, когда они перемещаются по своей схеме сканирования. Фактически, эта концепция хорошо подходит для автомобильных приложений, поскольку устраняет необходимость в компенсации движения:все лучи отправляются в одно и то же время, получая все точки одновременно через глобальный ставня. На рис. 1 показан XenoLidar-X, автономное решение без движущихся частей, которое можно использовать как для автономного вождения, так и для промышленных приложений. Эта конструкция доказывает свою эффективность во всех сценариях, где освещение и погодные условия могут сильно различаться. Это твердотельное решение нового поколения XenomatiX, включающее 15 000 лазерных лучей, которые мы проецируем одновременно. Это улучшает разрешение до уровня 0,15 ° по горизонтали и вертикали, что соответствует самым строгим требованиям рынка.

Рис. 1. XenoLidar-X (твердотельный)

В своих твердотельных LiDARs XenomatiX использует VCSEL (лазеры с вертикальным резонатором, излучающие поверхность), которые являются печально известными лазерными источниками малой мощности, которые обеспечивают очень хорошую долговечность и ожидаемый срок службы, намного лучше, чем традиционные диодные лазеры.

«Поскольку у нас больше времени на измерения, мы все еще можем направить в лазерные лучи достаточно энергии, чтобы проводить измерения на больших расстояниях», - сказал Гойенс.

LiDAR XenomatiX известны как 6D LiDAR, что означает, что они обеспечивают два типа выходов с идеальным наложением. Первый - это облако точек, трехмерная геометрия, которая включает все обнаруженные лазерные пятна. Второй - визуальное 2D-изображение камеры. Его можно рассматривать как LiDAR со встроенной камерой или как камеру с характеристиками LiDAR и без ошибки параллакса. Наличие избыточных данных позволяет объединить датчики, предоставляя дополнительную информацию, которая в значительной степени поддерживает приложения безопасности. 6-й ^-й Размерность - это отражательная способность объектов, основанная на количестве возвращенного лазерного света.

«Наш детектор - это особый тип CMOS, это пиксель, который мы разработали сами. Это похоже на КМОП-камеру, способную работать в трехмерном режиме, выдавая координаты каждого обнаруженного пятна », - сказал Гуэнс. «Он также может работать в двухмерном режиме, обеспечивая визуальное изображение. Визуальное изображение и облако точек отправляются в центральный блок управления двигателем, где они обрабатываются для обнаружения свободного пространства или объектов с использованием запатентованных алгоритмов искусственного интеллекта ».

XenomatiX называет это четырехмерным ИИ, что означает, что он выполняет распознавание образов в четырехмерном пространстве, где координаты x, y, z комбинируются с интенсивностью отраженного лазерного луча. Датчик был разработан также для работы в качестве детектора в 2D-режиме, когда лазер выключен. Если лазер включен, система может использовать те же пиксели для выполнения трехмерных измерений и создания трехмерного облака точек. Твердотельные LiDAR также обеспечивают отличную надежность, что является ключевым фактором в автомобильных приложениях. Среднее время наработки на отказ (MTBF) на самом деле очень хорошее из-за отсутствия движущихся частей, использования лазеров VCSEL (которые являются лазерами с большим сроком службы) и зрелости технологии CMOS.

Как упоминалось ранее, преимуществом LiDAR, у которых есть движущиеся части, является широкое поле обзора, которое можно расширить до 360 градусов. Вращающиеся головы позволяют смотреть во все стороны. XenomatiX LiDARs могут по-прежнему обеспечивать широкий угол обзора, комбинируя несколько модулей для увеличения покрытия. По углам автомобиля можно разместить несколько блоков LiDAR, чтобы не было слепых зон.

Благодаря гибкой и модульной конструкции XenomatiX может предложить небольшой, легкий и перспективный датчик для легкой интеграции. Компания поддерживает постоянные партнерские отношения с поставщиками автомобилей первого уровня, такими как AGC, Marelli, Kautex и другими, для разработки полного, настраиваемого, модульного и гибкого решения LiDAR. Это партнерство будет способствовать интеграции LiDAR в лобовое стекло, заднее стекло, решетку радиатора, фару, задний фонарь и бампер автомобиля.

>> Эта статья изначально была опубликована на нашем дочернем сайте EE Times Europe.

Связанное содержание:

• Понимание выбора длины волны в системах LiDAR
• Эксперты ADAS думают об интеграции датчиков в автомобили будущего
• Что движет изменениями в системах автомобильной электроники
• Технология времени пролета обещает повышенную точность.
• Умные города:лидары в интеллектуальных транспортных системах

Чтобы получить больше информации о Embedded, подпишитесь на еженедельную рассылку Embedded по электронной почте.