Перспективы использования строб-лидаров в автономномных мобильных роботах

Перспективы использования строб-лидаров в автономномных мобильных роботах

Алексеев Валерий Львович
Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК), ведущий инженер, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Горячкин Дмитрий Алексеевич
ЦНИИ РТК, с.н.с., 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, тел.: +7(921)924-29-38, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Грязнов Николай Анатольевич
к.ф.-м.н., ЦНИИ РТК, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Купренюк Виктор Иванович
к.ф.-м.н., ЦНИИ РТК, в.н.с., 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Соснов Евгений Николаевич
ЦНИИ РТК, с.н.с., 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Материал поступил в редакцию 17 ноября 2020 года.

Аннотация
Проведен анализ проблем реализации систем технического зрения (СТЗ), основанных на использовании времяпролетных лазерных лидаров. Сделан вывод, что реализация СТЗ с приемлемыми параметрами диктует слишком высокую стоимость лидара. Рассмотрен альтернативный вариант реализации лидара – стробируемый лидар на базе лазерной системы видения. Замена широкополосного детектора и системы высокоскоростного сканирования на стробируемую ПЗС-матрицу позволяет существенно снизить стоимость лидара при обеспечении высокого разрешения лидара. Проведенный анализ зависимости отношения сигнал-шум для строб-лидаров с электронно-оптическим преобразователем (ЭОП) и без него показал, что в плохих погодных условиях снижение усиления полезного сигнала при исключении ЭОП компенсируется исключением фактора шума ЭОП, так что проигрыш в дистанции наблюдения составляет менее 15 %.

Ключевые слова

Лазерная локация, техническое зрение, робототехника, времяпролетный лидар, стробируемый лидар, лазерная система видения, 3D-изображение, стробируемая матрица, отношение сигнал-шум.

Благодарности
Работа проводилась в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России № 075-01195-20-01 «Разработка технологий активных средств технического зрения для работы в условиях ограниченной видимости для робототехнических комплексов трёх сред базирования».

https://doi.org/10.31776/RTCJ.9208

Индекс УДК 
004.93'1:007.52

Библиографическое описание
Алексеев В.Л. Перспективы использования строб-лидаров в автономномных мобильных роботах / В.Л. Алексеев [и др.]  // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 9. - №2. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2021. – С. 133-141. – Текст : непосредственный.

Литература

  1. Laser Scanner RIEGL VZ-200 Data Sheet // Riegl.com: [site]. – 2020. – URL: <http://www.riegl.com/uploads/
    tx_pxpriegldownloads/DataSheet_RIEGL_VZ-200_2019-12-02.pdf> (дата обращения: 10.12.2020). – Text: electronic.
  2. White Paper // Velodyne Lidar: [site]. – URL: https://velodynelidar.com/downloads/#HDL-white-рaper_OCT2007_web.pdf (дата обращения: 10.12.2020). – Text: electronic.
  3. Патент № 2612874 Российская Федерация, МПК G01S 17/00 (2006.01). Система импульсной лазерной локации : № 2015148717 : заявл. 12.11.2015 : опубл. 13.03.2017 / Н.А. Грязнов [и др.]. – 12 с. : ил. – Текст: непосредственный.
  4. How Leddartech Is Driving Forward the Autonomous Vehicle Lidar Solutions of Tomorrow // Leddartech.com: [site]. – 2019. – URL: <https://leddartech.com/app/uploads/2019/04/Article-How-LeddarTech-is-Driving-Forward-the-Autonomous-Vehicle-LiDAR-Solutions-of-Tomorrow.pdf> (дата обращения: 10.12.2020). – Text: electronic.
  5. Solid State LiDAR for Ubiquitous 3D Sensing. In GPU Technology Eldada // Louay Eldada, Ph.D. CEO, Co-founder Quanergy Systems. Conference 2016. – Text: unmediated.
  6. The sensor test for orion relnav risk mitigation (storrm) development test objective / Christian J. [et al.] // In AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference. – 2011, January. – 6260 p. – Text: unmediated.
  7. Flash lidars for planetary missions / Dissly R. [et al.] // In Workshop on Instrumentation for Planetary Missions. 2012, October. – Text: unmediated.
  8. Карасик В.Е. Локационные системы видения / В.Е. Карасик, В.М. Орлов. – Москва: Изд во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2013. – 479 с. – Текст: непосредственный.
  9. Laser Optronix Range gated cameras technology and its applications // Sunnytek.se: [site]. – 2020. URL: <http://sunnytek.se/laseroptronix-product-range/range-gated-cameras-in-a/gated-camera-presentation.pdf> (дата обращения: 10.12.2020). – Text: electronic.
  10. Busck J. Gated viewing and high-accuracy three-dimensional laser radar / Busck, J. and Heiselberg H. // Applied optics, 2004. 43(24), pp.4705-4710. – Text: unmediated.
  11. Laurenzis M. Long-range three-dimensional active imaging with superresolution depth mapping / Laurenzis M., Christnache, F. and Monnin D. // Optics letters, 2007. 32(21), pp.3146 3148. – Text: unmediated.
  12. Xinwei W. Triangular-range-intensity profile spatial-correlation method for 3D super-resolution range-gated imaging / Xinwei W., Youfu L. and Yan Z. // Applied optics, 2013. 52(30), pp.7399-7406. – Text: unmediated.
  13. Wang X. Three-dimensional range-gated flash LIDAR for land surface remote sensing / Wang X. [et al.] // In Land Surface Remote Sensing II (Vol. 9260, p. 92604L). International Society for Optics and Photonics. 2014, December. – Text: unmediated.
  14. Голицын А.А. Активно-импульсный метод наблюдения с использованием ПЗС фотоприемника со строчным переносом / А.А. Голицын, Н.А. Сейфи // Известия вузов. Приборостроение. – 2017. – Т. 60, № 11. – С. 1040-1047. – Текст: непосредственный.
  15. Dussault D. Noise performance comparison of ICCD with CCD and EMCCD cameras / Dussault D. and Hoess P // In Infrared Systems and Photoelectronic Technology (Vol. 5563, pp. 195-204). International Society for Optics and Photonics. 2004, October. – Text: unmediated.
  16. Illuminator for Short Pulses – Ultra-Compact OEM Version // Quantel-laser: [online]. – 2020. – URL: <https://www.quantel-laser.com/en/products/item/illuminator-for-short-pulses-ultra-compact-oem-version.html> (дата обращения: 10.12.2020). – Text: electronic.

Полный текст статьи (pdf)

Адрес редакции:  Россия, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., 21   Тел.: +7(812) 552-13-25 e-mail: zheleznyakov@rtc.ru 
 
 
vk2    tg2