什么是 LIDAR？

激光傳感器，又稱 LIDAR（光探測(cè)和測(cè)距），是增強(qiáng)各種安全功能的強(qiáng)大工具。這些傳感器利用光脈沖測(cè)量距離，讀數(shù)準(zhǔn)確度高，細(xì)節(jié)豐富。

在基礎(chǔ)設(shè)施安全方面，激光雷達(dá)充當(dāng)著警戒衛(wèi)的角色。它能生成設(shè)施的精 確三維地圖，使安保人員能夠識(shí)別潛在的漏洞并有效監(jiān)控所有活動(dòng)。激光雷達(dá)傳感器提供的數(shù)據(jù)還有助于識(shí)別設(shè)施內(nèi)任何未經(jīng)授權(quán)的移動(dòng)，從而增加一層強(qiáng)大的入侵檢測(cè)能力。

在安全圍欄方面，激光雷達(dá)傳感器非常有用。通過(guò)識(shí)別物體的形狀和距離，這些傳感器可以檢測(cè)到任何試圖破壞圍欄的行為，無(wú)論是攀爬、砍伐還是挖掘。只要檢測(cè)到此類活動(dòng)，就會(huì)觸發(fā)警報(bào)，從而加強(qiáng)安全圍欄系統(tǒng)并對(duì)可能的破壞行為提供實(shí)時(shí)響應(yīng)。

LIDAR 傳感器對(duì)周邊保護(hù)也有很大貢獻(xiàn)。它們?cè)谖飿I(yè)或設(shè)施周圍形成一道隱形但高效的保護(hù)邊界。任何在這個(gè)預(yù)定義區(qū)域內(nèi)的人類運(yùn)動(dòng)或物體都會(huì)觸發(fā)傳感器。通過(guò)檢測(cè)與移動(dòng)物體的距離變化，傳感器提供了一種可靠的解決方案，可以保持持續(xù)監(jiān)控，并在檢測(cè)到入侵時(shí)立即向安全部隊(duì)發(fā)出警報(bào)。

在開(kāi)放區(qū)域或需要額外安全保護(hù)的地方，激光雷達(dá)傳感器提供了必不可少的支持。這些傳感器能夠在各種光線和天氣條件下工作，確保不間斷監(jiān)控，而傳統(tǒng)攝像頭在弱光或惡劣天氣下可能難以正常工作。

總而言之，激光雷達(dá)傳感器是安全領(lǐng)域的革命性工具，可為基礎(chǔ)設(shè)施、安全圍欄和周邊提供詳細(xì)監(jiān)控、準(zhǔn)確的入侵檢測(cè)和強(qiáng)大的保護(hù)。它們?cè)诂F(xiàn)代安全系統(tǒng)中的作用是不可替代的，兼具準(zhǔn)確性、多功能性和可靠性。

激光雷達(dá)的種類

目前市面上有不同種類的激光雷達(dá)，按驅(qū)動(dòng)方式可分為機(jī)械式、MEMS、相控陣、泛光面陣式（FLASH）。

機(jī)械式

以Velodyne 2007年推出的64線雷達(dá)為例。它把64個(gè)激光器垂直堆疊在一起，以20rpm速度旋轉(zhuǎn)。簡(jiǎn)單理解就是通過(guò)旋轉(zhuǎn)將激光點(diǎn)變成線，通過(guò)64線堆疊將線轉(zhuǎn)化為面，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取3D環(huán)境信息。

機(jī)械式結(jié)構(gòu)需要復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，同時(shí)點(diǎn)云的測(cè)量又需要對(duì)安裝進(jìn)行精 確定位?？紤]環(huán)境和老化的影響，平均的失效時(shí)間僅1000-3000小時(shí)，難以達(dá)到車廠最 低13000小時(shí)的要求。且由于LiDAR安裝在車頂，民用領(lǐng)域需考慮外界養(yǎng)護(hù)的問(wèn)題，如洗車的影響。因此機(jī)械式結(jié)構(gòu)極大的限制了成本和應(yīng)用推廣。

MEMS

MEMS激光雷達(dá)利用微電子機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)驅(qū)動(dòng)旋鏡，反射激光束指向不同方向。

固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)包括了：數(shù)據(jù)采集速度快，分辨率高，對(duì)于溫度和振動(dòng)的適應(yīng)性強(qiáng)；通過(guò)波束控制，探測(cè)點(diǎn)（點(diǎn)云）可以任意分布，例如在高速公路主要掃描前方遠(yuǎn)處，對(duì)于側(cè)面稀疏掃描但并不完全忽略，在十字路口加強(qiáng)側(cè)面掃描。而只能勻速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械式激光雷達(dá)是無(wú)法執(zhí)行這種精細(xì)操作的。

典型應(yīng)用有法雷奧SCALA激光雷達(dá)。目前應(yīng)用在奧迪A8(第 一款L3級(jí)的自動(dòng)駕駛車輛)。安裝在前保險(xiǎn)杠位置，使用MEMS技術(shù)得到145°的掃描角度，80m的探測(cè)距離。

圖5 奧迪A8的激光雷達(dá)

相控陣（OPA）

光相控陣?yán)走_(dá)原理：主要利用光的干涉原理。可以通過(guò)改變不同縫中入射光線的相位差即可改變光柵衍射后中央明紋（主瓣）的位置，如下圖所示。

圖6 相控陣?yán)走_(dá)的原理

相控陣（OPA）的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸?。河捎诓恍枰D(zhuǎn)部件，可以大大壓縮雷達(dá)的結(jié)構(gòu)和尺寸，提高使用壽命，并降低成本。

②標(biāo)定簡(jiǎn)單：機(jī)械式激光雷達(dá)由于光學(xué)結(jié)構(gòu)固定，適配不同車輛往往需要精密調(diào)節(jié)其位置和角度，固態(tài)激光雷達(dá)可以通過(guò)軟件進(jìn)行調(diào)節(jié)，大大降低了標(biāo)定的難度。

③掃描速度快：不用受制于機(jī)械旋轉(zhuǎn)的速度和精度，光學(xué)相控陣的掃描速度取決于所用材料的電子學(xué)特性，一般都可以達(dá)到MHz量級(jí)。

④掃描精度高：光學(xué)相控陣的掃描精度取決于控制電信號(hào)的精度，可以達(dá)到千分之一度量級(jí)以上。

⑤可控性好：光學(xué)相控陣的光束指向完全由電信號(hào)控制，在允許的角度范圍內(nèi)可以做到任意指向，可以在重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行高密度的掃描。

⑥多目標(biāo)監(jiān)控：一個(gè)相控陣面可以分割為多個(gè)小模塊，每個(gè)模塊分開(kāi)控制即可同時(shí)鎖定監(jiān)控多個(gè)目標(biāo)。

缺點(diǎn)：

①掃描角度有限：調(diào)節(jié)相位最多只能讓中央明紋改變約±60°，實(shí)際做到360°采集的話一般需要6個(gè)。

②旁瓣問(wèn)題：光柵衍射除了中央明紋外還會(huì)形成其他明紋，這一問(wèn)題會(huì)讓激光在最 大功率方向以外形成旁瓣，分散激光的能量。

③加工難度高：光學(xué)相控陣要求陣列單元尺寸必須不大于半個(gè)波長(zhǎng)，一般目前激光雷達(dá)的工作波長(zhǎng)均在1微米左右，故陣列單元的尺寸必須不大于500nm。而且陣列密度越高，能量也越集中，這都提高了對(duì)加工精度的要求，需要一定的技術(shù)突破。

④接收面大、信噪比差：傳統(tǒng)機(jī)械雷達(dá)只需要很小的接收窗口，但固態(tài)激光雷達(dá)卻需要一整個(gè)接收面，因此會(huì)引入較多的環(huán)境光噪聲，增加了掃描解析的難度。

泛光面陣式（FLASH）

泛光面陣式的原理類似TOF相機(jī)，也就是快閃，它不像MEMS或OPA的方案會(huì)去進(jìn)行掃描，而是短時(shí)間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測(cè)區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器，來(lái)完成對(duì)環(huán)境周圍圖像的繪制。它運(yùn)行起來(lái)更像攝像頭。激光束會(huì)直接向各個(gè)方向漫射，因此只要一次快閃就能照亮整個(gè)場(chǎng)景。隨后，系統(tǒng)會(huì)利用微型傳感器陣列采集不同方向反射回來(lái)的激光束。

圖7 泛光式激光雷達(dá)

Flash LiDAR 的一大優(yōu)勢(shì)是它能快速記錄整個(gè)場(chǎng)景，避免了掃描過(guò)程中目標(biāo)或激光雷達(dá)移動(dòng)帶來(lái)的各種麻煩。當(dāng)前的發(fā)展方向有2個(gè)，一種是蓋格模式APD的單光子計(jì)數(shù)型直接對(duì)光子計(jì)數(shù)生成數(shù)字圖像；一種是傳統(tǒng)的CMOS光強(qiáng)模擬采集得到強(qiáng)度圖，將強(qiáng)度圖轉(zhuǎn)化為距離信息。

全固態(tài)激光雷達(dá)主要分為微機(jī)械鏡（MEMS）、泛光（Flash）和光學(xué)相控陣（Optical Phased Array, OPA）3種類型（因?yàn)镸EMS是在芯片上的微機(jī)械振動(dòng)，所以也存在不將MEMS激光雷達(dá)歸為全固態(tài)激光雷達(dá)的說(shuō)法）。MEMS激光雷達(dá)的缺點(diǎn)主要是掃描角度較小、掃描精度難以控制，與之相比，OPA激光雷達(dá)具有更大的掃描角度、更快的掃描速度和更高的掃描精度。泛光激光雷達(dá)的缺點(diǎn)主要是測(cè)量距離近（一般不到30米），與之相比，OPA激光雷達(dá)具有更集中的激光能量和更遠(yuǎn)的測(cè)量距離。此外，OPA可集成于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）平臺(tái)，形成光電互聯(lián)的片上系統(tǒng)。因此，OPA固態(tài)激光雷達(dá)被看作是“最有前途”的全固態(tài)激光雷達(dá)，將使機(jī)器具有更優(yōu)異的視覺(jué)性能，可謂是幫助人類更便捷地探索三維世界的“智慧之眼”。

Blickfeld QbProtect 是第 一款智能 LiDAR，借助分析軟件、標(biāo)準(zhǔn)接口和設(shè)備上的 Web GUI，可提供有關(guān)未經(jīng)授權(quán)進(jìn)入的直接可用結(jié)果。物體尺寸檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)極低的誤報(bào)率。

LiDAR 專家 Blickfeld 推出了“Blickfeld QbProtect”，這是一款專為安全應(yīng)用而設(shè)計(jì)的 3D LiDAR 傳感器。Blickfeld QbProtect 配備用于區(qū)域、圍欄和外墻監(jiān)控的設(shè)備內(nèi)置軟件，無(wú)需額外的計(jì)算機(jī)即可處理未經(jīng)授權(quán)進(jìn)入安全區(qū)域的數(shù)據(jù)，并以常見(jiàn)的數(shù)據(jù)格式提供可直接使用的結(jié)果。Blickfeld QbProtect 可確保在各種天氣和光照條件下可靠地檢測(cè)物體，從而實(shí)現(xiàn)極低的誤報(bào)率和更高的安全性。該傳感器可以輕松安裝，無(wú)縫集成到標(biāo)準(zhǔn)化安全系統(tǒng)中，并通過(guò)直觀的圖形用戶界面進(jìn)行配置。

基于物體大小的警報(bào)生成

Blickfeld 的 3D LiDAR 技術(shù)每秒使用數(shù)十萬(wàn)個(gè)激光脈沖掃描周圍環(huán)境，并通過(guò)集成軟件生成精 確而詳細(xì)的 3D 點(diǎn)云。通過(guò)基于瀏覽器的圖形用戶界面 (web GUI) 中的 3D 查看器，用戶可以顯示點(diǎn)云，并使用拖放功能輕松定義、調(diào)整和放置安全區(qū)域。此外，他們還可以設(shè)置進(jìn)入?yún)^(qū)域時(shí)觸發(fā)警報(bào)的物體大小。此功能通過(guò)將小動(dòng)物或植被排除在安全警告之外，可顯著減少誤報(bào)。收集的數(shù)據(jù)是匿名的，因此符合數(shù)據(jù)保護(hù)法規(guī)。

可定制的報(bào)警邏輯

通過(guò) Blickfeld QbProtect 的 Web GUI，只需使用簡(jiǎn)單的拖放方法，即可輕松調(diào)整警報(bào)觸發(fā)條件。用戶可以選擇使用經(jīng)過(guò)測(cè)試的警報(bào)觸發(fā)預(yù)設(shè)，并根據(jù)需要直觀地修改各個(gè)步驟和條件。這種靈活性允許定制安全解決方案，而無(wú)需編程工作。

結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，安裝簡(jiǎn)便

Blickfeld QbProtect 的設(shè)置非常簡(jiǎn)單。由于設(shè)備自帶軟件，無(wú)需外部計(jì)算機(jī)即可進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)和電力傳輸通過(guò)同一條電纜（以太網(wǎng)供電），因此電纜需求被降到最 低。該硬件基于 Blickfeld 的智能激光雷達(dá)“Qb2”，采用固態(tài)設(shè)計(jì)，無(wú)機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，外殼防塵防水等級(jí)達(dá)到 IP67。這使得 Blickfeld QbProtect 堅(jiān)固耐用，維護(hù)成本低。

安全活動(dòng)：Blickfeld 推出用于高可靠性物體檢測(cè)的新型 3D LiDAR

LiDAR 公司 Blickfeld 將在伯明翰安全活動(dòng)上現(xiàn)場(chǎng)展示其用于最苛刻的周邊防護(hù)的新型安全 3D LiDAR“Blickfeld QbProtect”。

總部位于慕尼黑的激光雷達(dá) (LiDAR) 專家 Blickfeld 將在安防活動(dòng)上展示其用于周界防護(hù)的新型 3D LiDAR 傳感器 Blickfeld QbProtect。國(guó)際安防行業(yè)會(huì)議將于 2024 年 4 月 30 日至 5 月 2 日在英國(guó)伯明翰 NEC 展覽中心舉行。Blickfeld 將在其展位 5/M107 現(xiàn)場(chǎng)演示 QbProtect 如何檢測(cè)進(jìn)入安全區(qū)域的物體并根據(jù)物體的大小觸發(fā)警報(bào)。這種基于尺寸的警報(bào)生成方式可顯著降低誤報(bào)率，并將安全性提升到前所未有的水平。

Blickfeld QbProtect 的主要優(yōu)點(diǎn)包括：

l  高度可靠的物體檢測(cè)，無(wú)論物體的大小、速度或顏色如何，即使在黑暗、雨天和雪天。

l  基于物體大小的警報(bào)生成：設(shè)置觸發(fā)警報(bào)的物體大小。

l  集成軟件以通用數(shù)據(jù)格式直接向入侵檢測(cè)系統(tǒng)等安全系統(tǒng)提供結(jié)果。

l  堅(jiān)固的設(shè)計(jì)：外殼符合 IP67 標(biāo)準(zhǔn)，防塵防水。

l  易于安裝：由于設(shè)備上有軟件，不需要外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；數(shù)據(jù)和電力通過(guò)以太網(wǎng)供電傳輸。

l  由于接口相同、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，并且通過(guò)視覺(jué)反饋進(jìn)行傳感器校準(zhǔn)，因此操作起來(lái)像相機(jī)一樣簡(jiǎn)單。通過(guò) Web GUI，用戶可以使用拖放功能輕松定義、調(diào)整和放置安全區(qū)域。

Blickfeld 安全解決方案主管 Andreas Bollu 表示：“借助 Blickfeld QbProtect，發(fā)電廠、機(jī)場(chǎng)和其他關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的集成商和安全管理人員可以獲得極為可靠的保護(hù)，防止未經(jīng)授權(quán)的入侵。QbProtect 的設(shè)計(jì)非常獨(dú)特：它使用先進(jìn)的激光和半導(dǎo)體技術(shù)捕獲安全區(qū)域并提供精 確的 3D 數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)使用專門針對(duì)設(shè)備上的周邊安全優(yōu)化的軟件進(jìn)行分析，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口無(wú)延遲地傳輸?shù)揭曨l管理系統(tǒng)或入侵檢測(cè)系統(tǒng)。這使得 QbProtect 成為一種與傳統(tǒng)攝像機(jī)一樣易于操作的技術(shù)，并顯著增強(qiáng)了對(duì)高安全性對(duì)象的保護(hù)?！?/span>