激光雷達作為機器人和無人駕駛的核心傳感器,其重要性不言而喻,目前,根據(jù)有無機械部件來分,激光雷達可分為機械激光雷達和固態(tài)激光雷達,雖然固態(tài)激光雷達被認為是未來的大勢所趨,但在當前激光雷達戰(zhàn)場,機械激光雷達仍占據(jù)主流地位。
機械激光雷達帶有控制激光發(fā)射角度的旋轉部件,而固態(tài)激光雷達則無需機械旋轉部件,主要依靠電子部件來控制激光發(fā)射角度。
機械激光雷達主要由光電二極管、MEMS反射鏡、激光發(fā)射接受裝置等組成,其中機械旋轉部件是指可360°控制激光發(fā)射角度的MEMS發(fā)射鏡。
固態(tài)激光雷達則與機械激光雷達不同,它通過光學相控陣列(OpticalPhasedArray)、光子集成電路(PhotonicIC)以及遠場輻射方向圖(FarFieldRadiationPattern)等電子部件代替機械旋轉部件實現(xiàn)發(fā)射激光角度的調整。
由于內部結構有所差別,兩種激光雷達的大小也不盡相同,機械激光雷達體積更大,總體來說價格更為昂貴,但測量精度相對較高。而固態(tài)激光雷達尺寸較小,成本低,但測量精度相對會低一些。
此外,相比固態(tài)激光雷達,機械激光雷達有一個更為明顯的優(yōu)勢就是其360°視場,可以在機器人或汽車的頂部固定安裝一個激光雷達,便可360°感知周圍環(huán)境,反觀固態(tài)激光雷達,需要固定在某些適當?shù)奈恢?,視場角一般?20°以內,因此,如應用于無人車中,至少需要用到4臺才能達到機械式激光雷達一樣的覆蓋范圍,數(shù)量越多,也意味著成本越高。
固態(tài)激光雷達還有另一個不大明顯的優(yōu)勢,人眼安全法規(guī)允許運動的激光源發(fā)射比固定激光源更高的功率。
所有1級安全系統(tǒng)的設計必須確保人員不眨眼直視激光設備數(shù)秒鐘,仍然不會受到傷害。
當采用固態(tài)掃描單元時,如果人眼處于激光掃描器幾英寸的地方,可能會導致100%的激光射入眼內。但是如果采用機械激光雷達時,激光只集中于某個特定的方向,只有360°旋轉的一小部分。因此,機械激光雷達可以為每個激光脈沖提供更高的功率,而不會造成眼睛損傷。這樣可以更容易地檢測到返射光,因此在可預見的未來,機械激光雷達可能要比固態(tài)激光雷達具有更大的探測范圍優(yōu)勢。
同時,大部分領先的固態(tài)激光雷達設計,都面臨著“遠距離探測”這個顯著的挑戰(zhàn)。
MEMS系統(tǒng)中的微型掃描鏡能投射的激光量有限。這使得遠處物體反射激光束并被探測的難度很大。光學相控陣方案相對于其它技術,產生的光束發(fā)散性更大,因此很難兼顧長距離、高分辨率和寬視場。
而對于泛光成像激光雷達,每次發(fā)射的光線會散布在整個視場內,這意味著只有一小部分激光會投射到某些特定點。此外,光電探測器陣列中的每個像素都必須非常小,限制了它可以捕捉的反射光量。
總的來說,固態(tài)激光雷達雖有成本低、小型化、更容易量產等優(yōu)勢,但要大面積普及仍存在很大挑戰(zhàn),而機械激光雷達因其擁有的獨特優(yōu)勢,預計在未來一些年將繼續(xù)保持一定的市場地位。
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關鍵字:机械激光雷达与固态激光雷达,固态激光雷达与机械激光雷达