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固态激光雷达的前世今生

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发表于 2017-10-24 16:47:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
毫无疑问,激光雷达是自动驾驶传感器领域最热门的投资领域之一,几乎每个月都有 1 到 2 笔重大投资。
目前自动驾驶领域传感器主要有摄像头、毫米波雷达和激光雷达组成。如果说激光雷达兼具毫米波雷达和摄像头的功能和优点,又没有它们的缺点,未来自动驾驶只用激光雷达即可。
你肯定会说这不可能,因为现在很多公司都强调多传感器融合。为何激光雷达或一统江山?主要原因还是激光雷达的种类太多,分布十分广泛,性能挖掘潜力巨大。
激光雷达:“三大类”和“四部分”
激光雷达按重点提供的内容可以分为三大类:
一类是类似毫米波雷达,重点提供目标的速度、距离和方位角,如 IBEO 的 4 线或单线激光雷达,某些固态激光雷达也是如此,如通用刚刚收购的 Strobe。
一类是以三维坐标数据合成点云数据为重点输出内容,如 Velodyne 的 16、32、64 线激光雷达,还有固态单光子激光雷达。
最后一类是 2 维或 3 维图像为重点输出内容的激光雷达,大多数 Flash 固态激光雷达都是如此。
当然 64 线激光雷达也可以输出 3 维灰度图像,但目前 64 线激光雷达的首要应用还是点云,某些固态激光雷达也能在输出图像同时提供目标的速度和距离但首要应用还是图像。
这些种类繁多的激光雷达常让人迷惑,但从零部件上划分,总体可分为 4 部分,即发射端、接收端、光学扫描器和光学天线。
发射端主要是激光器,NdYAG 固体激光器、CO2 气体激光器和 GaAlAs 半导体二极管激光器、光纤激光器等最具有代表性。
接收端又可以叫光电探测器,主要有 PIN 光电二极管、硅雪崩二极管 (SiAPD)、硅光电倍增器(SiPM,又叫 MPPC),光电导型碲镉汞 (HgCdTe) 探测器和光伏型碲镉汞探测器。
光学天线则有透射式望远镜(开普勒、伽利略),反射式望远镜(牛顿式、卡塞哥伦),收发合置光学天线,收发分置光学天线,自由空间光路,全光纤光路,波片(四分之一、二分之一)分束镜、合束镜、布鲁斯特窗片。
光学扫描器则有圆柱形(Velodyne),6-12 面多面体型,声子偏转器,压电扫描器,光栅扫描器,光学相位扫描器,MEMS 镜扫描器。
固态激光雷达大多源自三维图像传感器的研究,这种传感器实际源自红外焦平面成像仪,焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列,从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上,探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持,通过输出缓冲和多路传输系统,最终送达监视系统形成图像。
大部分固态激光雷达则是主动发射激光,激光到达目标后反射回光线到达焦平面。也有某些低成本设计,干脆采用红外二极管发射红外光波,这种已经不能算严格意义上的激光雷达。

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