對于使用機器人和自動導引車的工業應用，紅外光與相應傳感器之間的交互至關重要。要在3D系統中捕獲真實世界的信息，制造商有幾種不同的方法可選。

出行領域正在發生巨大的飛躍。無論是開發自動駕駛解決方案的汽車領域，還是使用機器人和自動導引車的工業應用，都是如此。整個系統中的各個元器件必須相互配合，相互補充。主要目標是創建車輛周圍的無縫3D視圖，用這張圖來計算物體距離，并借助特殊算法啟動車輛的下一步行動。事實上，這里同時使用了三種傳感器技術：LiDAR(激光雷達)、雷達和攝像頭。根據具體應用場景，這三種傳感器各有優勢。將這些優勢與冗余數據相結合可大大提升安全性。這些方面協調得越好，自動駕駛汽車就能更好地在周遭環境中行駛。

01直接飛行時間(dToF)

在飛行時間方法中，系統制造商使用光速來生成深度信息。簡言之，就是將定向光脈沖發射到環境中，當光脈沖碰到物體時，它會被光源附近的探測器反射并記錄。通過測量光束到達物體和返回所用的時間，可確定物體距離，而在dToF方法中，可確定單個像素的距離。接收到的信號會經過最終處理以觸發相應的操作，例如進行車輛規避操作，以避免與行人或障礙物相撞。這種方法稱為直接飛行時間(dToF)，因為它與光束的確切“飛行時間”相關。自動駕駛車輛的LiDAR系統就是典型的dToF應用示例。

02間接飛行時間(iToF)

間接飛行時間(iToF)方法類似，但有一個顯著的區別。來自光源(通常為紅外VCSEL)的照明被勻光片擴大，并發射脈沖(50% 占空比)到定義的視場。

在下游系統中，如果光沒有遇到障礙物，存儲的“標準信號”將在一段時間內觸發探測器。如果物體中斷該標準信號，系統可根據所產生的相移和脈沖序列的時延，確定探測器每個定義像素的深度信息。

03主動立體視覺(ASV)

在“主動立體視覺”方法中，紅外光源(通常為VCSEL或IRED)用一種圖案照亮場景，兩個紅外攝像頭則以立體形式記錄圖像。

通過比較兩個圖像，下游軟件可計算所需的深度信息。光源通過投射一種圖案來支持深度計算，即使是在墻壁、地板、桌子這樣紋理很少的物體上也可以進行。這種方法非常適合機器人和自動導引車(AGV)上的近距離、高分辨率3D傳感，用于避障。它還應用于生產線零件的光學檢測、安保攝像頭和監控。艾邁斯歐司朗擁有在NIR中提供高對比度點陣照明的點陣投射器產品組合，使系統可抵抗光照。主動立體視覺相對簡單的系統設計對控制整體系統的成本有積極的影響。但是，由于系統原因，攝像頭需要分離，因而這種方法需要大量安裝空間。

由于工業生產或物流自動化程度提高等趨勢，對相應技術的需求也在增加。根據各自的技術方法和最終應用，有些光源比其他光源更適合。

對于LiDAR，有兩個不同的主系統可用來獲取3D點云：閃光LiDAR和掃描LiDAR。掃描LiDAR系統由一個聚焦脈沖激光束組成，通過機械旋轉鏡或微機電系統(MEMS)鏡指向某個小立體角。

對高功率脈沖激光束進行控制，使其只發射到一個小立體角，與3D閃存系統相比，使用光功率的可達距離要大得多。可選擇EEL產品用于這些系統架構。它們在緊湊空間通過小發射區發射大量光，從而實現出色的功率和范圍。因此，很多解決方案中已經使用了EEL。艾邁斯歐司朗成為領先的LiDAR激光制造商已逾15年，在該領域已生產超過1000萬個芯片，沒有一個芯片有缺陷。作為該領域的半導體專家，艾邁斯歐司朗將當今LiDAR系統的常見波長確定為905納米。與具有其他波長的系統相比，905納米解決方案具有出色的系統效率、杰出的可靠性以及具有吸引力的系統成本。

最近，一種與LiDAR相關的新技術被越來越頻繁地提到：VCSEL(垂直腔體表面發射激光)。VCSEL將兩種照明技術的屬性相結合：紅外LED的高功率密度和簡單封裝，以及激光的譜寬和速度。該技術的優勢包括出色的光束質量、簡單的設計以及微型化進步，也正是這些優勢促進了VCSEL市場的增長。一般來講，VCSEL需要的安裝空間可能比EEL發射器多，但在某些應用中具有優勢。例如，VCSEL的輻射特性使其特別適合閃存LiDAR系統以及機器人和自主移動機器人等工業應用。通過3D閃存LiDAR，脈沖激光束一次性發射到整個相關立體角。要獲得一定分辨率的點云，需要光敏檢測器的n x m陣列(光電探測器的陣列或CMOS ToF芯片)。

不管客戶喜歡哪種系統方法，艾邁斯歐司朗都能以極其廣泛的產品組合提供所有常用方法，包括紅外LED、VCSEL和EEL。艾邁斯歐司朗是提供用于LiDAR的VCSEL和EEL的全球領導者。這兩種產品都具有出色的光學性能和效率。此外，客戶還可從適合其系統的各種邊緣發射器封裝設計中選擇，無論是TO金屬罐、塑料還是峰值輸出功率為120 W的SMT封裝等。在VCSEL領域，艾邁斯歐司朗提供各種波長(680至940納米)、功率級(7mW至>60 W)和多種視角。除了尺寸小巧，這些產品還具有出色可靠性和領先的VCSEL技術，適用與廣泛的應用。

作者簡介：

Matthias H?nig

Matthias H?nig是艾邁斯歐司朗光電半導體產品線可視化和激光業務的全球營銷經理，負責汽車和工業領域的激光雷達(LiDAR)應用。

原文標題：讓機器更明眼，工業LiDAR系統勢頭正勁

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審核比較：湯梓紅