LiDAR लेजर सेंसर वर्गीकरण और स्कैनिंग के तरीके

LIDAR कालेजर सेंसर सक्रिय रूप से लेजर प्रकाश उत्सर्जित करता है और उच्च परिशुद्धता और उच्च रिज़ॉल्यूशन के साथ घुसपैठ करने वाले लक्ष्य की दूरी, अभिविन्यास, गति और रूपरेखा जैसी जानकारी प्राप्त कर सकता है। शहरी सुरक्षा और औद्योगिक सुरक्षा जैसे क्षेत्रों में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। यह लेख संक्षेप में मुख्यधारा के घरेलू और विदेशी सुरक्षा लिडार निर्माताओं और उनके उत्पाद तकनीकी विशिष्टताओं का परिचय देता है। विभिन्न सुरक्षा अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को मिलाकर, विभिन्न तकनीकी प्रणालियों के तहत लिडार के सिद्धांतों, विशेषताओं और वर्तमान स्थिति पर तीन पहलुओं से चर्चा की जाती है: रेंजिंग योजना, स्कैनिंग विधि और प्रकाश स्रोत चयन। अंत में, सुरक्षा लिडार के अनुप्रयोग रुझान और विकास की संभावनाओं को संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है। उपभोक्ता सुरक्षा अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा करने के लिए, सुरक्षा लिडार को कम लागत, उच्च प्रदर्शन, क्रमांकन, लघुकरण, ठोस अवस्था, चिपीकरण और बहु-स्रोत एकीकरण की दिशा में और विकसित किया जाएगा।

सिस्टम के अंदर गतिशील घटक हैं या नहीं, इसके आधार पर लिडार को मैकेनिकल लिडार और सॉलिड-स्टेट लिडार में विभाजित किया जा सकता है। उनमें से, सॉलिड-स्टेट लिडार के कार्यान्वयन के तरीकों में माइक्रो-इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (माइक्रो-इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम, एमईएमएस), फ्लैश तकनीक और ओपीए तकनीक शामिल हैं।

स्कैनिंग मोड में बीम नियंत्रण विशेषताओं के अनुसार, लिडार को स्कैनिंग लिडार और गैर-स्कैनिंग लिडार में विभाजित किया जा सकता है। उनमें से, गैर-स्कैनिंग लिडार दृश्य को प्रकाश से कवर करके लक्ष्य इमेजिंग प्राप्त करता है, जैसे कि फ्लैश एरिया ऐरे लिडार। उपयुक्त स्कैनिंग विधियाँ सुरक्षा लिडार को संपूर्ण संरचना को अधिक स्थिर बनाते हुए, दृश्य और रिज़ॉल्यूशन का एक बड़ा क्षेत्र प्राप्त करने में सक्षम कर सकती हैं। इसलिए, स्कैनिंग तकनीक का चुनाव लिडार के जीवन चक्र को बहुत प्रभावित करता है, जो बदले में यह निर्धारित करता है कि क्या इस प्रणाली के तहत सुरक्षा लिडार का बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जा सकता है। उनमें से, लंबी पहचान सीमा और देखने का बड़ा क्षेत्र सुरक्षा लिडार के प्रमुख संकेतक हैं, और वे भविष्य में सुरक्षा लिडार के अनुप्रयोग की संभावनाओं को भी निर्धारित करते हैं।

1. मैकेनिकल LiDAR लेजर सेंसर
मैकेनिकल लिडार लेजर स्कैनिंग को प्राप्त करने के लिए यांत्रिक रोटेशन के उपयोग को संदर्भित करता है। पूर्ण 360 डिग्री या अन्य बड़े-कोण क्षेत्र स्कैनिंग को प्राप्त करने के लिए मोटर एकल-बिंदु या बहु-बिंदु रेंजिंग मॉड्यूल को घुमाती है। मैकेनिकल लिडार का कार्य सिद्धांत चित्र 1 में दिखाया गया है। इसमें सरल सिद्धांत, आसान ड्राइविंग और देखने के बड़े स्कैनिंग क्षेत्र के फायदे हैं। यह व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला पहला था और बाजार में मुख्यधारा के सुरक्षा लिडार उत्पादों के लिए स्कैनिंग समाधान बन गया। लेंस, यांत्रिक संरचनाओं और सर्किट बोर्ड जैसे कारकों को ध्यान में रखते हुए, मॉड्यूल को लेकर कई बिंदुओं को आमतौर पर आकार और वजन के संदर्भ में अनुकूलित नहीं किया जा सकता है। इसलिए, जब मोटर मॉड्यूल को लंबे समय तक घुमाने के लिए चलाती है, तो बीयरिंग आसानी से खराब हो जाते हैं। इससे जीवन और विश्वसनीयता के संदर्भ में पारंपरिक यांत्रिक स्कैनिंग की आलोचना होती है, और घिसाव के कारण होने वाली लागत बढ़ जाती है। यह भी एक बहुत ही वास्तविक समस्या है. इसलिए, प्रारंभिक सुरक्षा बाजार ने ज्यादातर आयामीता में कमी और कम लागत वाले समाधानों को अपनाया, अर्थात, अन्य सेंसर के साथ कम-बीम लाइन लेजर रडार का उपयोग किया। इसमें एक कॉम्पैक्ट उपस्थिति और देखने का एक बड़ा स्कैनिंग क्षेत्र है, और यह भवन सुरक्षा और क्षेत्रीय परिधि सुरक्षा जैसे परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है।

चित्र 1 पारंपरिक यांत्रिक LiDAR का कार्य सिद्धांत

वर्तमान में, LiDAR डिज़ाइन के सामने सबसे बड़ी चुनौती उचित लागत पर बड़े पैमाने पर उत्पादन प्राप्त करते हुए प्रदर्शन और मजबूती हासिल करना है। हालाँकि, इसके अनावश्यक कोर इलेक्ट्रॉनिक घटकों के कारण मैकेनिकल लिडार को सुरक्षा क्षेत्र में व्यापक रूप से बढ़ावा नहीं दिया जा सकता है, जिससे इसके आकार और लागत को कम करना मुश्किल हो जाता है। इस प्रयोजन के लिए, लिडार के मुख्य घटकों को लिडार सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट के आकार को कम करने और बिजली की खपत और लागत को कम करने के लिए एप्लिकेशन-विशिष्ट एकीकृत सर्किट (एएसआईसी) चिप्स में एकीकृत किया गया है। यह मल्टी-लाइन लिडार के बड़े पैमाने पर उत्पादन का एहसास करना है। एक महत्वपूर्ण प्रवृत्ति.

2.एमईएमएस लिडार लेजर सेंसर
एमईएमएस लेजर रडार पारंपरिक यांत्रिक घूर्णन उपकरण को सिलिकॉन-आधारित चिप पर एकीकृत एमईएमएस माइक्रोमिरर से बदल देता है। माइक्रोमिरर एक व्यापक स्कैनिंग कोण और एक बड़ी स्कैनिंग रेंज बनाने के लिए लेजर को प्रतिबिंबित करता है। इसका कार्य सिद्धांत चित्र 2 में दिखाया गया है। एमईएमएस माइक्रो-मिरर पारंपरिक यांत्रिक लिडार के प्रर्वतक हैं और लिडार के लघुकरण और लागत में कमी का नेतृत्व करेंगे। गैल्वेनोमीटर स्कैनिंग विधि रेंजिंग संरचना के सीधे घुमाव से बचती है, लिडार की ठोस-अवस्था स्कैनिंग को सक्षम बनाती है, और लिडार को कॉम्पैक्ट बनाती है।

चित्र 2 एमईएमएस का योजनाबद्ध। (ए) एमईएमएस लिडार का कार्य सिद्धांत; (बी) एमईएमएस स्कैनिंग दर्पण

एमईएमएस माइक्रो-मिरर के फायदों पर भरोसा करते हुए, उद्योग एमईएमएस लिडार को लागू होने वाली सबसे तेज़ तकनीक मानता है। वर्तमान में, लीशेन इंटेलिजेंट LS20/LS21 श्रृंखला MEMS सॉलिड-स्टेट लिडार का उपयोग बुद्धिमान सुरक्षा और आपदा निगरानी जैसे क्षेत्रों में किया गया है। हालाँकि, एमईएमएस माइक्रो-मिरर की कमी यह है कि इसका स्कैनिंग कोण छोटा है, और दृश्य स्कैनिंग के बड़े क्षेत्र को प्राप्त करने के लिए एक अतिरिक्त कोण की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, लेजर प्रकाश की मात्रा जो इसे प्रक्षेपित कर सकती है वह सीमित है, जिससे "लंबी दूरी की पहचान" हासिल करना मुश्किल हो जाता है। सामान्य तौर पर, एमईएमएस लिडार प्रौद्योगिकी समाधान पर्याप्त परिपक्व नहीं हैं और इसमें और सुधार की आवश्यकता है। ऐसा माना जाता है कि एमईएमएस माइक्रो-मिरर के विकास के साथ, एमईएमएस लिडार की अनुप्रयोग संभावनाएं व्यापक होंगी।

3.फ्लैश LiDAR लेजर सेंसर
फ्लैश लिडार एक नॉन-स्कैनिंग रडार है। यह लक्ष्य पर क्षेत्र सरणी प्रकाश उत्सर्जित करता है, लक्ष्य द्वारा घटना प्रकाश के प्रकीर्णन का पता लगाने के लिए क्षेत्र सरणी डिटेक्टर का उपयोग करता है, और गहराई की जानकारी के साथ एक छवि आउटपुट करता है। इसका कार्य सिद्धांत चित्र 3 में दिखाया गया है। हालांकि फ्लैश लिडार कम लागत वाला है और इसमें अच्छी स्थिरता है, इसकी पहचान सीमा अपेक्षाकृत कम है, इसलिए इसके अनुप्रयोग परिदृश्य सीमित हैं। सुरक्षा के क्षेत्र में फ्लैश लेजर रडार का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। लक्ष्य का पता लगाने, विभाजन और ट्रैकिंग के लिए 3डी फ्लैश लिडार का उपयोग करने से परिणाम बताते हैं कि फ्लैश लिडार परिधि निगरानी और ऑन-साइट सुरक्षा क्षेत्रों के लिए उपयुक्त है। हालाँकि, पर्यावरण निगरानी, ​​वस्तु अवलोकन और खतरे की रोकथाम जैसे क्षेत्रों में, वस्तुओं या लोगों का वास्तविक समय में पता लगाना स्कैनिंग विशेषताओं द्वारा सीमित होगा, जिसके परिणामस्वरूप डेटा विरूपण होगा। 3डी फ्लैश लिडार से निर्मित सेंसर सिस्टम का उपयोग करके, अत्यधिक परिवर्तनशील गतिमान वस्तुओं को वास्तविक समय में और मध्यम से लंबी दूरी पर उच्च सटीकता के साथ ट्रैक किया जा सकता है। प्रायोगिक प्रक्रिया और परिणाम चित्र 4 में दिखाए गए हैं। इसके अलावा, छोटे घटकों के विकास के साथ, क्षेत्र सरणी डिटेक्टरों की लागत कम हो गई है, और फ्लैश लिडार को छोटा करना आसान है, और सुरक्षा क्षेत्र में इसके अनुप्रयोग अधिक होंगे।

चित्र 3 फ़्लैश LiDAR का कार्य सिद्धांत

चित्र 4 फ़्लैश LiDAR का कार्य परिदृश्य और प्रयोगात्मक परिणाम। (ए) पैन-टिल्ट हेड पर पीसी और फ्लैश LiDAR पर वास्तविक समय ट्रैकिंग के साथ प्रायोगिक सेटअप; (बी) परिदृश्य का बिंदु बादल; (सी) व्यक्ति चिह्नित केंद्र के साथ परिदृश्य का तीव्रता दृश्य; (डी) व्यक्ति के साथ परिदृश्य का रेंज दृश्य चिह्नित केंद्र

4.OPA LiDAR लेजर सेंसर
एक नए प्रकार की बीम पॉइंटिंग कंट्रोल तकनीक के रूप में, ओपीए स्कैनिंग तकनीक हाल के वर्षों में एक शोध हॉटस्पॉट बन गई है। इसमें जड़ता रहित उपकरण, स्थिर सटीकता और नियंत्रणीय दिशा के फायदे हैं। इसका कार्य सिद्धांत चित्र 5 में दिखाया गया है। कई संचारण इकाइयाँ एक संचारण सरणी बनाती हैं। ट्रांसमिटिंग ऐरे में प्रत्येक ट्रांसमिटिंग यूनिट के चरण अंतर को समायोजित करके लेजर बीम के निकास कोण को बदल दिया जाता है, जिससे निर्धारित दिशा में पारस्परिक रूप से मजबूत हस्तक्षेप प्राप्त होता है, जिससे उच्च तीव्रता पॉइंटिंग बीम तैयार होता है। S3, "दुनिया का पहला सॉलिड-स्टेट लिडार सेंसर।" S3 OPA स्कैनिंग विधि का उपयोग करता है और केवल हथेली के आकार का है। उत्पाद और उसका सिद्धांत चित्र 6 में दिखाया गया है। S3 श्रृंखला के उत्पादों का उपयोग घुसपैठ की निगरानी और पहुंच नियंत्रण जैसे क्षेत्रों में किया गया है।

चित्र 5 ओपीए का कार्य सिद्धांत

चित्र 6 क्वानर्जी S3 LiDAR का कार्य सिद्धांत

उच्च एकीकरण के साथ ऑप्टिकल चरणबद्ध सरणी तकनीक सुरक्षा लिडार के ऑल-सॉलिड-स्टेट और लघुकरण की विकास आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है। हालाँकि, वर्तमान में दो मुख्य कारक हैं जो ओपीए सुरक्षा लिडार के बड़े पैमाने पर उत्पादन को प्रतिबंधित करते हैं: पहला, वास्तविक स्कैनिंग के दौरान साइड लोब आसानी से बनते हैं, जो बीम की सीमा और कोणीय रिज़ॉल्यूशन को प्रभावित करेगा; दूसरा, प्रसंस्करण कठिनाई अधिक है। इसलिए, ओपीए सुरक्षा लिडार तकनीक अभी भी अपरिपक्व है, और इस स्तर पर उत्पादीकरण हासिल करना मुश्किल है।

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