激光与光电子学进展, 2021, 58 (1): 0100002, 网络出版: 2021-01-27   

安防激光雷达研究进展 下载: 1489次

Research Progress on Security LiDAR
作者单位
1 中国科学院微电子研究所,北京 100029
2 中国科学院大学,北京 100049
图 & 表

图 1. 应用场景。(a)周界防护[9];(b)工业监控[10];(c)入侵预警[11];(d)文物保护[12]

Fig. 1. Application scenarios. (a) Perimeter protection[9]; (b) industrial monitoring[10]; (c) intrusion warning[11]; (d) cultural relic protection[12]

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图 2. 森林场景下无人机搭载安防激光雷达探测入侵目标[15]

Fig. 2. Drones equipped with security LiDAR for detecting intrusion target in forest scenario[15]

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图 6. 传统机械式雷达的工作原理[21]

Fig. 6. Working principle of traditional mechanical LiDAR[21]

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图 7. SICK安全激光扫描仪系列[22]

Fig. 7. SICK safety laser scanner series[22]

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图 8. MEMS原理图。(a) MEMS激光雷达的工作原理[24];(b) MEMS扫描镜[25]

Fig. 8. Schematic of MEMS. (a) Working principle of MEMS LiDAR[24]; (b) MEMS scanning mirror[25]

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图 9. Flash激光雷达的工作原理[21]

Fig. 9. Working principle of Flash LiDAR[21]

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图 10. Flash激光雷达的工作场景及实验结果[31]。(a)在电子计算机上进行实时跟踪并在云台上安装Flash激光雷达进行实验设置;(b)场景点云;(c)标有人物中心的场景强度视图;(d)标有人物中心的场景范围视图

Fig. 10. Working scenario and experimental results of Flash LiDAR[31]. (a) Experimental setup with real-time tracking on PC and Flash LiDAR on pan-tilt head; (b) point cloud of scenario; (c) intensity view of scenario with person marked center; (d) range view of scenario with person marked center

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图 11. OPA工作原理[33]

Fig. 11. Working principle of OPA[33]

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图 12. Quanergy S3激光雷达原理[34]

Fig. 12. Working principle of Quanergy S3 LiDAR[34]

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图 13. 最大允许曝光量与波长的关系[35]

Fig. 13. Relationship between maximum permissible exposure and wavelength[35]

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图 14. 小型化激光雷达。(a) RealSense L515[40]; (b) SICK安全激光雷达nanoScan3[41]

Fig. 14. Miniaturized LiDAR. (a) RealSense L515[40]; (b) SICK safety LiDAR nanoScan3[41]

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图 15. 全差分主放大器芯片显微图[42]

Fig. 15. Micrograph of fully differential main amplifier chip[42]

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图 16. FMCW激光雷达工作流程图[44]

Fig. 16. Working flow chart of FMCW LiDAR[44]

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图 17. 相干固态激光雷达的工作原理图[45]。(a)可发射和接收光学相控阵的固态激光雷达系统的原理图;(b)硬币顶部放置激光雷达系统芯片

Fig. 17. Working principle of coherent LiDAR[45]. (a) Schematic of solid-state LiDAR system with transmittable and receivable optical phased array; (b) chip containing LiDAR system on top of dime

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图 18. 安防系统设备图[50]。(a) Optosafe Opto-Q-Guard 系统;(b)电子设备监控

Fig. 18. Equipment diagram of security system[50]. (a) Optosafe Opto-Q-Guard system; (b) electronic equipment monitoring

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图 19. 安防机器人。(a)装载激光雷达的智能巡检机器人[52];(b) Orby-One跟踪机器人[53]

Fig. 19. Security robots. (a) Intelligent inspection robot equipped with LiDAR[52]; (b) Orby-One tracking robot[53]

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表 1不同安防场景下的探测目标

Table1. Detecting targets in different security scenarios

Security scenarioDectect object
Perimeter protectionPeople, animal, and weapon
Traffic controlPeople, car, animal, and rolling stone
Cultural relic protectionPeople
Airborne intrusion warningUAV, bird, and people

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表 2传统激光雷达产品的指标

Table2. Product indicators of traditional security LiDAR

CompanyProduct modelAccuracy /mmAngular resolution /(°)Mass /kgSize /(mm×mm×mm)Cost /USD
RieglVZ-400i50.0007 (horizontal) and0.0005 (vertical)9.7206×206×308Over 105
OptechGalaxy T2000827340×340×250Over 106
LeicaScanStation P5030.002212.5238×358×395115240
TrimbleTrimble GX70.003 (horizontal) and0.004 (vertical)13323×343×404183300

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表 3国外主流安防激光雷达产品的指标[16-18]

Table3. Product indicators of foreign mainstream security LiDAR[16-18]

CompanyTechnological regimeProduct modelMaximum measurement distance /mField of view /(°)Mass /kgWavelength /nmCost /USD
SICKMechanicaloutdoorScan342751.158504834
nanoScan332750.67905
TiM-S252700.25850
S30032701.209052437
S300071903.309054500
TiM1xx102000.09850782
HOKUYOMechanicalUAM-05LP202700.809051200
UTM-30LX602700.379054800
UXM-30LX301900.809054800
UST-10LX302700.139051600
YVT-35LX35 (horizontal) and 14(vertical)210(horizontal) and40(vertical)0.659057500
QuanergyMechanicalM8300@ρ=80%360(horizontal) and20(vertical)1.09055000
OPAS3-1150@ρ=80%120(horizontal) and10(vertical)0.5905250
OusterFlashOS0-325595(vertical)0.4458506000
OS1-3212045(vertical)0.4458508000
OS2-3224025(vertical)0.93085016000

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表 4国内主流安防激光雷达产品的指标[19]

Table4. Product indicators of domestic mainstream security LiDAR[19]

CompanyTechnological regimeProduct modelMaximum measurement distance /mField of view /(°)Mass /kgWavelength /nmCost /USD
Galaxy electronicMechanicalGL-11xx30@ρ=10%2701.80905
GL-21xx20@ρ=10%1801.00905
GL-41xx260@ρ=10%10014.00905
GL-52xx10@ρ=10%3000.75905
LiShen inelligent systemMechanicalCX16-151C150@ρ=30%360(horizontal) and20(vertical)0.879052800
CX32-151A150@ρ=30%360(horizontal) and31(vertical)1.509058500
MEMSLS20C200120(horizontal) and20(vertical)9051500
LS21AOver 20060 (horizontal) and20(vertical)15501500
BenewakeMechanicalTF0222@ρ=90%3.00.052905162
TF03180@ρ=90%0.50.077905229
FlashCE03-D28@ρ=90%240.00.3568501500
LorentechFlashIT series80@ρ=80%60(horizontal) and45(vertical)0.62850
IG series40@ρ=80%60(horizontal) and30(vertical)0.38850
IM series20@ρ=80%30(horizontal) and20(vertical)0.30850

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表 5三种测距方案的对比

Table5. Comparison of three ranging schemes

SchemeMeasurement distanceAccuracyAnti-interferencePowerCost
TOFBestWorstWorstWorstHigh
AMCWWorstBetterBetterBetterMedium
FMCWBetterBestBestBestHigh

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表 6四种扫描方式的对比

Table6. Comparison of four scanning schemes

Scanning schemeMeasurement distanceAccuracyCostSizeTechnological readiness levelStability
MechanicalBetterBetterHighWorstBestWorst
MEMSWorstWorstMediumBetterBetterBetter
FlashWorstWorstLowBetterBetterBetter
OPAWorstWorstLowBetterWorst-

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表 7三种激光雷达光源的对比

Table7. Comparison of three light sources for LiDAR

WavelengthAnti-interferenceEye- safetyHype cycleCost
850 nmBetterWorstWorstBetter
950 nmBetterWorstBetterBetter
1550 nmWorstBetterWorstWorst

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宋召奇, 朱精果, 解天鹏, 李锋, 姜成昊, 郭文举, 王春晓, 蒋衍. 安防激光雷达研究进展[J]. 激光与光电子学进展, 2021, 58(1): 0100002. Song Zhaoqi, Zhu Jingguo, Xie Tianpeng, Li Feng, Jiang Chenghao, Guo Wenju, Wang Chunxiao, Jiang Yan. Research Progress on Security LiDAR[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2021, 58(1): 0100002.

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