對于使用機器人和自動導引車的工業(yè)應用，紅外光與相應傳感器之間的交互至關重要。要在3D系統(tǒng)中捕獲真實世界的信息，制造商有幾種不同的方法可選。

出行領域正在發(fā)生巨大的飛躍。無論是開發(fā)自動駕駛解決方案的汽車領域，還是使用機器人和自動導引車的工業(yè)應用，都是如此。整個系統(tǒng)中的各個元器件必須相互配合，相互補充。主要目標是創(chuàng)建車輛周圍的無縫3D視圖，用這張圖來計算物體距離，并借助特殊算法啟動車輛的下一步行動。事實上，這里同時使用了三種傳感器技術：LiDAR(激光雷達)、雷達和攝像頭。根據(jù)具體應用場景，這三種傳感器各有優(yōu)勢。將這些優(yōu)勢與冗余數(shù)據(jù)相結合可大大提升安全性。這些方面協(xié)調(diào)得越好，自動駕駛汽車就能更好地在周遭環(huán)境中行駛。

01直接飛行時間(dToF)

在飛行時間方法中，系統(tǒng)制造商使用光速來生成深度信息。簡言之，就是將定向光脈沖發(fā)射到環(huán)境中，當光脈沖碰到物體時，它會被光源附近的探測器反射并記錄。通過測量光束到達物體和返回所用的時間，可確定物體距離，而在dToF方法中，可確定單個像素的距離。接收到的信號會經(jīng)過最終處理以觸發(fā)相應的操作，例如進行車輛規(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間(dToF)，因為它與光束的確切“飛行時間”相關。自動駕駛車輛的LiDAR系統(tǒng)就是典型的dToF應用示例。

02間接飛行時間(iToF)

間接飛行時間(iToF)方法類似，但有一個顯著的區(qū)別。來自光源(通常為紅外VCSEL)的照明被勻光片擴大，并發(fā)射脈沖(50% 占空比)到定義的視場。

在下游系統(tǒng)中，如果光沒有遇到障礙物，存儲的“標準信號”將在一段時間內(nèi)觸發(fā)探測器。如果物體中斷該標準信號，系統(tǒng)可根據(jù)所產(chǎn)生的相移和脈沖序列的時延，確定探測器每個定義像素的深度信息。

03主動立體視覺(ASV)

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

通過比較兩個圖像，下游軟件可計算所需的深度信息。光源通過投射一種圖案來支持深度計算，即使是在墻壁、地板、桌子這樣紋理很少的物體上也可以進行。這種方法非常適合機器人和自動導引車(AGV)上的近距離、高分辨率3D傳感，用于避障。它還應用于生產(chǎn)線零件的光學檢測、安保攝像頭和監(jiān)控。艾邁斯歐司朗擁有在NIR中提供高對比度點陣照明的點陣投射器產(chǎn)品組合，使系統(tǒng)可抵抗光照。主動立體視覺相對簡單的系統(tǒng)設計對控制整體系統(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)或物流自動化程度提高等趨勢，對相應技術的需求也在增加。根據(jù)各自的技術方法和最終應用，有些光源比其他光源更適合。

對于LiDAR，有兩個不同的主系統(tǒng)可用來獲取3D點云：閃光LiDAR和掃描LiDAR。掃描LiDAR系統(tǒng)由一個聚焦脈沖激光束組成，通過機械旋轉鏡或微機電系統(tǒng)(MEMS)鏡指向某個小立體角。

對高功率脈沖激光束進行控制，使其只發(fā)射到一個小立體角，與3D閃存系統(tǒng)相比，使用光功率的可達距離要大得多。可選擇EEL產(chǎn)品用于這些系統(tǒng)架構。它們在緊湊空間通過小發(fā)射區(qū)發(fā)射大量光，從而實現(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先的LiDAR激光制造商已逾15年，在該領域已生產(chǎn)超過1000萬個芯片，沒有一個芯片有缺陷。作為該領域的半導體專家，艾邁斯歐司朗將當今LiDAR系統(tǒng)的常見波長確定為905納米。與具有其他波長的系統(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相關的新技術被越來越頻繁地提到：VCSEL(垂直腔體表面發(fā)射激光)。VCSEL將兩種照明技術的屬性相結合：紅外LED的高功率密度和簡單封裝，以及激光的譜寬和速度。該技術的優(yōu)勢包括出色的光束質(zhì)量、簡單的設計以及微型化進步，也正是這些優(yōu)勢促進了VCSEL市場的增長。一般來講，VCSEL需要的安裝空間可能比EEL發(fā)射器多，但在某些應用中具有優(yōu)勢。例如，VCSEL的輻射特性使其特別適合閃存LiDAR系統(tǒng)以及機器人和自主移動機器人等工業(yè)應用。通過3D閃存LiDAR，脈沖激光束一次性發(fā)射到整個相關立體角。要獲得一定分辨率的點云，需要光敏檢測器的n x m陣列(光電探測器的陣列或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的全球領導者。這兩種產(chǎn)品都具有出色的光學性能和效率。此外，客戶還可從適合其系統(tǒng)的各種邊緣發(fā)射器封裝設計中選擇，無論是TO金屬罐、塑料還是峰值輸出功率為120 W的SMT封裝等。在VCSEL領域，艾邁斯歐司朗提供各種波長(680至940納米)、功率級(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先的VCSEL技術，適用與廣泛的應用。

作者簡介：

Matthias H?nig

Matthias H?nig是艾邁斯歐司朗光電半導體產(chǎn)品線可視化和激光業(yè)務的全球營銷經(jīng)理，負責汽車和工業(yè)領域的激光雷達(LiDAR)應用。

原文標題：讓機器更明眼，工業(yè)LiDAR系統(tǒng)勢頭正勁

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審核比較：湯梓紅