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超值干貨:一文詳解機(jī)器人核心傳感器重要參數(shù)

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激光雷達(dá)作為機(jī)器人自主定位導(dǎo)航的“眼睛”,一直充當(dāng)著重要的角色。那么,作為機(jī)器人自主定位的核心傳感器,哪些指標(biāo)是重要的呢?

測(cè)距范圍?采樣率?精度? 只是水面上的冰山一角!
作為主要用途是距離測(cè)量的激光雷達(dá),其測(cè)量的最大距離(量程)自然是其最核心的指標(biāo)。大部分激光雷達(dá)都會(huì)直接以測(cè)量距離作為其主要指標(biāo)。不過(guò)除了測(cè)距范圍外,相信你也了解下面這些指標(biāo)數(shù)據(jù):

較高的掃描頻率可以確保安裝激光雷達(dá)的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)較快速度的運(yùn)動(dòng),并且保證地圖構(gòu)建的質(zhì)量。
但要提高掃描頻率并不只是簡(jiǎn)單的加速激光雷達(dá)內(nèi)部掃描電機(jī)旋轉(zhuǎn)這么簡(jiǎn)單,對(duì)應(yīng)的需要提高測(cè)距采樣率。否則當(dāng)采樣頻率固定的情況下,更快的掃描速度只會(huì)降低角分辨率。



除了測(cè)距距離、掃描頻率之外,測(cè)量分辨率和精度對(duì)于激光雷達(dá)性能來(lái)說(shuō)同樣重要,并且對(duì)于三角測(cè)距激光雷達(dá)而言,也更具有挑戰(zhàn)
由于測(cè)量原理的關(guān)系,雖然一般在10米以內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)很高的測(cè)距分辨率,但其分辨率亦會(huì)隨著探測(cè)物體距離增加而劇烈下降。
因此,為了實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的探測(cè),就不只是增加激光器功率這么簡(jiǎn)單了,需要對(duì)于測(cè)距核心有本質(zhì)的改良。同時(shí)為了可靠量產(chǎn),也需要做很多的配套工作。



上面列舉的這些性能指標(biāo)都是大家所知道的,自然也是我們長(zhǎng)久以來(lái)一直不斷追求突破的。
不過(guò),我們并不盲目的追求這些指標(biāo)的提高,正像前面說(shuō)的,我們更加看重的是整體產(chǎn)品的實(shí)用和可靠性,更好的參數(shù)不一定能帶來(lái)更好的產(chǎn)品,可能還會(huì)帶來(lái)其他方面的缺失。
就像采樣頻率,大家都知道RPLIDAR A2在發(fā)布早期是使用4000次每秒采樣率,雖然的確可以提升更多,但只有在得到了更多的驗(yàn)證后,我們才對(duì)外公布了8000次每秒的型號(hào)。
所以現(xiàn)在,我們來(lái)聊聊你可能不熟悉的RPLIDAR的一面。
水下的冰山-日光抗擊能力和深色物體檢出率
除了上述測(cè)距距離、采樣率、精度等大家都熟知的性能指標(biāo)外,在雷達(dá)實(shí)際使用中還有兩個(gè)非常重要但往往不太被大家了解的性能指標(biāo):
·深色物體檢出率
·環(huán)境光抗干擾能力
在實(shí)際工作中,很多應(yīng)用環(huán)境中的物體大多不是白色墻面,而是深色的,如家具,暗色的墻紙。此時(shí),激光雷達(dá)本身是否對(duì)于暗色物體有很好的檢出效果就非常重要。一款號(hào)稱有10多米的激光雷達(dá),如果對(duì)于深色物體只有幾米的檢出率,那就容易導(dǎo)致機(jī)器定位和建圖出現(xiàn)問(wèn)題,對(duì)后期的定位導(dǎo)航工作也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。


目前,激光雷達(dá)所標(biāo)稱的距離大多以90%反光率的漫反射物體(如白紙)作為測(cè)試基準(zhǔn)。但實(shí)際上,對(duì)于黑色數(shù)據(jù)的有效檢出也同樣是一個(gè)重要的性能指標(biāo)。

深色物體吸收了絕大部分的光能量,要讓激光雷達(dá)對(duì)于深色物體具有和白色物體一樣的檢出能力是不現(xiàn)實(shí)的,對(duì)于以機(jī)器視覺(jué)為核心的三角測(cè)距遠(yuǎn)離雷達(dá)而言更是如此。
不過(guò),正因?yàn)檫@個(gè)指標(biāo)的重要性,我們一直將提升對(duì)深色物體探測(cè)能力作為研發(fā)激光雷達(dá)的重點(diǎn)方向之一,對(duì)于RPLIDAR的全系列均如此,即使再難也力求突破。經(jīng)過(guò)這幾年來(lái)的多次迭代,目前,A2M6對(duì)于僅有10%以下反射率的黑色物體,也可實(shí)現(xiàn)10米的檢測(cè)距離,這基本與目前TOF原理激光雷達(dá)一致
說(shuō)得再多也不如實(shí)際檢驗(yàn):

看到通道盡頭的黑色物體了嗎?這種幾乎不反射光的黑色是很多三角測(cè)距激光雷達(dá)的噩夢(mèng)。但從實(shí)用性角度看,一款標(biāo)稱10米以上的激光雷達(dá),必須至少能在6米距離以上有效得進(jìn)行檢測(cè)。而我們的RPLIDAR A2M6即使在10米距離下,仍舊可以對(duì)其進(jìn)行有效檢測(cè)。

RPLIDAR A2M6



對(duì)黑色檢出能力較弱的早期雷達(dá)
(可訪問(wèn)思嵐官網(wǎng)了解更多激光雷達(dá)關(guān)于反射率的情況)
要知道,對(duì)于不同反射率物體的最大檢出距離是我們出品RPLIDAR的一大檢驗(yàn)指標(biāo)。不僅只是這里的A2M6,所有思嵐出品的激光雷達(dá),都將經(jīng)受這道檢驗(yàn)。目的只有一個(gè),能讓我們的激光雷達(dá)在實(shí)際工作中也同樣表現(xiàn)出色。
除了深色物體檢出能力外,實(shí)際工作環(huán)境也會(huì)受到各類環(huán)境光照的影響。從落地窗投射進(jìn)來(lái)的陽(yáng)光、各類室內(nèi)的人造光源甚至是直接暴露在室外工作,這些情況都有可能對(duì)于激光雷達(dá)產(chǎn)生干擾。


這對(duì)于采用三角測(cè)距法原理的激光雷達(dá)來(lái)說(shuō)影響更加嚴(yán)重。因?yàn)樾枰軌騾^(qū)分出環(huán)境光和激光信號(hào),就需要有更優(yōu)異的處理算法和光學(xué)調(diào)校。
傳統(tǒng)受限于原理,三角測(cè)距法的激光雷達(dá)都會(huì)給大家一種完全無(wú)法抗擊環(huán)境光照的印象,更不提在室外可以工作的可能性了。
不過(guò),對(duì)于RPLIDAR而言并不是如此,環(huán)境光抗干擾能力從第一代RPLIDAR A1開(kāi)始就是我們非常重視的指標(biāo)。以至于對(duì)于A2M6系列來(lái)說(shuō),甚至已經(jīng)可以完成一定的室外工作任務(wù)。
那么,環(huán)境光干擾到底有什么問(wèn)題呢?它會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)出現(xiàn)噪聲,影響使用。
一般環(huán)境光干擾有如下兩種形式:
a)   局部干擾光源產(chǎn)生的噪點(diǎn)
像畫面中這類人造光源或者通過(guò)窗戶從外部射入的陽(yáng)光,會(huì)對(duì)于某個(gè)特定測(cè)量角度產(chǎn)生干擾。

人造光源可能會(huì)產(chǎn)生測(cè)距干擾


b)全局環(huán)境光干擾產(chǎn)生的致盲和噪點(diǎn)
這類情況一般出現(xiàn)在室外情況下,由于環(huán)境整體的背景光照較強(qiáng),會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)在各方向上都可能出現(xiàn)干擾
同時(shí),也可能導(dǎo)致雷達(dá)的有效測(cè)量距離變短或者完全無(wú)法進(jìn)行距離測(cè)量。

如果不對(duì)這類干擾進(jìn)行處理,就會(huì)像下圖那樣:


要很好的實(shí)現(xiàn)抗擊光干擾對(duì)于三角測(cè)距激光雷達(dá)來(lái)說(shuō)一直是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。良好的抗環(huán)境光能力很大程度上也和前面提到的深色物體檢出率很多時(shí)候也是矛盾的,除非對(duì)激光的安全性置之不理。

這里,我們展示一些相關(guān)的測(cè)試效果。實(shí)際上,對(duì)于環(huán)境光干擾抗擊的能力是貫穿在我們RPLIDAR的生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各類品質(zhì)控制環(huán)節(jié)中的。
比如試試看直接讓RPLIDAR對(duì)著一個(gè)強(qiáng)光燈? 像是浴霸燈泡會(huì)直接產(chǎn)生紅外光的:

傳統(tǒng)三角測(cè)距雷達(dá)

RPLIDAR 抗干擾效果


在室外整體環(huán)境光較強(qiáng)的情況下,RPLIDAR也并不會(huì)出現(xiàn)致盲或者干擾的問(wèn)題。當(dāng)正午陽(yáng)光照射在墻面上,激光雷達(dá)還能測(cè)到數(shù)據(jù)嗎?
像是下圖中,不但在5米處毫無(wú)壓力的檢測(cè)出了陽(yáng)光直射的墻面,同時(shí)也順利的探測(cè)了環(huán)境周圍其他物體。




其實(shí),任何一款好產(chǎn)品都不僅僅是它所標(biāo)識(shí)的核心參數(shù)那么簡(jiǎn)單。背后一定還存在著更多的邏輯,和相互之間的牽扯。雖然你未必熟悉過(guò),但它們默默的守護(hù)著這款產(chǎn)品在實(shí)際工作中表現(xiàn)出色。技術(shù)細(xì)節(jié)有千千萬(wàn)萬(wàn),但不變的都對(duì)于一款產(chǎn)品的執(zhí)著


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