德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会北京代表处
机器感知——用激光雷达拓展视觉
原文链接
https://www.ipms.fraunhofer.de/en/Components-and-Systems/Components-and-Systems-Sensors/Optical-Sensors/MEMS-mirror-scanning-LiDAR.html
 
汽车激光雷达技术
 
机器感知——用激光雷达拓展视觉
 
为将机器视觉延伸至三维,弗劳恩霍夫 IPMS 的一组研究人员正在开发一种“扫描眼”。该研究所多年来一直致力于 MEMS 扫描镜的研究:MEMS是一种坚固可靠、带有集成驱动器的紧凑型微型光学元件,用于工业、医学和日常生活应用中的光定向偏转。
 
 
© Fraunhofer IPMS
用于二维光偏转的微镜
 
使用 LiDAR 的机器 3D 视觉
 
安装在机器人手臂末端的扫描镜可以让机器人随时“感知”其环境中所发生的事情、待完成的工作步骤以及对应的工作质量。该扫描仪模块承担机器人“眼睛”的重任,可在三个空间轴上拍摄高分辨率图像。该系统在二维方向上引导和检测激光束,同时,通过测量物体和探测器之间光的飞行时间,也称为 LiDAR(光探测和测距),捕获深度作为第三维的数据输入。这种扫描技术赋予生产设施或车辆可靠地了解周围环境的能力,为全自动系统的实施保驾护航。
 
高级机器感知 - 4D
 
作为系统的扩展阶段,宽带光源可获取有关固体、液体或气体物质的光谱信息。除了飞行时间测量外,微镜上的光栅还可以根据波长控制反射,从而对不同物质进行光谱分析。该系统方法不仅可应用于人机界面中的安全防护,还可在饮用水与制药领域的质量检测、生产工厂的远程监控与管道泄漏测试等领域中发挥关键作用。弗劳恩霍夫IPMS 的这项突破性研究开创了环境数据记录新方式,为辅助工厂安全运行与流程稳定提供新方案,并且能够有效避免个体接触有害物质。
 
“扫描眼”的优势
 
非接触性环境分析
超高分辨率
体积极小
适用于移动应用
坚固、可靠且无需维护
 
汽车的感觉器官——弗劳恩霍夫 IPMS 的研究团队开发用于自动驾驶的扫描眼
 
在自动驾驶汽车的运行规则中人类只是乘客,而汽车独立负责保持车道与识别障碍物和危险的任务。然而为了使车辆得以自动识别周围环境,光学传感器被引入以取代驾驶员的眼睛。 弗劳恩霍夫 IPMS 正在开发能够可靠地感知周围环境的微扫描镜(MEMS 扫描仪),其在满足极高信噪比的同时又小又可集成:安全自动驾驶之愿景触手可及。
 
弗劳恩霍夫IPMS 正在使用“扫描眼”实现三维数字视觉:微镜模块通过二维分布激光扫描环境,而第三维由检测器捕捉物体反射光来确定,例如飞行时间测量、编码脉冲与 FMCW 信号的解调等,不同途径尺短寸长。
 
 
© shutterstock (temp-64GTX)
LiDAR 技术扫描环境以实现自动驾驶
 
然而当前自动驾驶 LiDAR 系统所使用的大型绕轴旋转镜,由于尺寸和重量限制难以集成至车辆当中,而其他挑战则包括制造成本高以及旋转部件对振动冲击的敏感性优化:这将导致测量不准确,甚至造成系统故障和事故。在这里,固态激光雷达可以提供一定帮助——虽然对于更远距离的物体无能为力,但它没有移动部件,体积小,可集成。出于安全考虑,几厘米到几百米的检测范围均是必要的。
 
“我们的MEMS 反射镜特别在于,能够可靠地在任意范围内检测周围环境。此外,反射镜轻巧可集成,因此尽管具有机动性,却不受汽车振动影响,也并无测量模糊的情况。”弗劳恩霍夫 IPMS 的研究员 Grahmann 博士解释道, “这意味着来自 IPMS 的扫描镜设计既满足固态 LiDAR 的机械移动性,又满足系统稳定性的需求。通过这种方式,可以安全地实现自动驾驶。” IPMS 开发的 MEMS 扫描仪由单晶硅制成,非常坚固、抗震和无疲劳。具有成本效益的半导体制造工艺允许在生产中产生缩放效应,且半导体芯片的 CMOS 兼容性还可以在现有系统中实现高水平的集成能力。
 
联系人:
闫贝贝
德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会北京代表处
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