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海伯森HYPERSEN 面阵固态激光雷达,多项工业场景应用实践!

发布时间:2021-04-26
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随着汽车自动驾驶赛道的火热,面阵固态激光雷达行业驶入高速发展的快通道,整个产业都在等待着大的爆发。但事实上,当资本尚未涌入自动驾驶领域时,面阵固态激光雷达就已经在工业场景中被广泛运用,在多个领域中发挥着越来越重要的作用。


激光雷达的前世今生

激光雷达通常由激光发射、激光接收、光束操纵和信息处理四大系统组成,其工作原理是向目标探测物发送探测信号(激光束),然后利用回波成像来构显被探测物体,从而对目标进行探测、跟踪和识别,具有探测精度高、探测范围广及稳定性强等优点。

随着科技的不断发展,激光雷达在实际运用过程中逐渐衍生出多个种类。

按功能分类,有激光测距雷达、激光测速雷达、激光成像雷达、大气探测雷达、跟踪雷达;按工作介质分类,有固体激光雷达、气体激光雷达、半导体激光雷达;按线数分类,有单线激光雷达、多线激光雷达;按结构分类,有机械式激光雷达、混合面阵固态激光雷达和面阵固态激光雷达等。不同种类的激光雷达各有优劣,可以根据不同的应用场景,选择合适的激光雷达产品。

由于激光雷达的特性,其应用范围十分广泛。激光雷达最初发明于上世纪60年代,早期主要用于太空探测、气象监测、地形勘测、军事测距、武器制导等工程领域。随着技术的进步和社会环境的变化,激光雷达在工业自动化、无人驾驶、智能交通、机器人、消费电子、物流运输、安防监控、地图测绘等领域也崭露头角,逐渐成为不可缺少的系统。


海伯森HYPERSEN面阵固态激光雷达系列

作为一家深耕高端光学力学传感器领域的国家高新技术企业,海伯森技术专注于研发和制造高性能、高可靠性的传感器产品,致力于填补国内高端智能传感器领域创新制造的空白。

海伯森 HPS-3D系列是海伯森技术HYPERSEN创新研发的面阵固态激光雷达,它是基于ToF原理的高性能多线激光测距雷达,包括HYPERSEN HPS-3D160Pro和HYPERSEN HPS-3D640两款型号,适用于多种复杂的工业场景。

ToF,即Time of Flight的缩写,直译为飞行时间。ToF原理,就是利用激光器向目标连续发射激光脉冲,并由计时器记录下发射的时间,然后传感器接收从物体返回的光,并由计时器记录下接收的时间。两个时间相减即得到了光的“飞行时间”,而光速是一定的,因此在已知速度和时间后很容易就可以计算出距离。

与现有的三维测量方法相比,ToF具有探测距离远、设备易于小型化、动态表现好等多种技术优势。而海伯森 HPS-3D系列面阵固态激光雷达,更是在ToF原理上,针对产品做出了深度的优化改良,以实现更出色的产品性能。

更强光源 海伯森 HPS-3D系列面阵固态激光雷达配备优化的照明系统和低失真红外光学镜头,对90%反光的白色目标可测距离可达8米。海伯森HPS-3D系列面阵固态激光雷达还集成了高功率850nm红外VCSEL发射器和高光敏元件,在核心元器件上加强产品的测量效率。数据显示,HPS-3D系列产品强光性能高达80000Lux,能够有效降低环境光的影响,不论是夜景还强光环境下,都能实现可靠的测量结果。

更大的视场角和更高分辨率 海伯森 HPS-3D160Pro可实现76°*32°的超大视场角,分辨率达160*60,每帧可输出9600个点的距离数据;而海伯森 HPS-3D640的性能则更加强悍,可实现68°*55°的超大视场角,分辨率达640*480,每帧可输出 307200个点的距离数据,最小分辨率仅为1cm,测量更精确!

软硬件双优化 为了确保海伯森 HPS-3D系列面阵固态激光雷达的高可靠性,海伯森技术还进行了软硬件双层面的优化。软件上,海伯森HPS-3D系列产品嵌入了高性能处理器,具有先进的数据处理,滤波和补偿算法,确保稳定测量的同时数据输出,通过一次拍摄即可生成3D点云数据并通过高速通讯接口进行实时传输。硬件上,全固态式结构,工业级IP67防护设计,航空铝外壳。产品应用可在-10℃~55℃温度范围内正常工作,安全防护性能得到了充分的保障。在注重性能的同时还保持着低功耗的显著优势,仅为5~8W。配合小巧的体积,易于集成,可灵活部署在各类场景中,使产品适用于更多复杂的环境。


多场景应用实践

性能再好的产品,终究还是要看实际应用情况中的落地表现。海伯森技术HPS-3D系列面阵固态激光雷达内置抗干扰算法,支持多机协同工作,可输出点云图、深度图,支持坐标提取,具有通用性强的特点,可灵活运用于多元化的工业场景。

自主感知规避障碍

由于海伯森 HPS-3D系列面阵固态激光雷达体积小巧,可部署在AGV小车、叉车、室内配送机器人等多种设备上,常用于工业场测距避障,自动精确测距,规避作业过程中的各类障碍,反应灵敏迅速。

在AGV小车上安装海伯森技术HYPERSEN HPS-3D系列面阵固态激光雷达,通过传感器采集区域内的点云数据是否有障碍物,然后将点云数据中表示的障碍物与预先配置的“安全区域”或检测区域进行比较。如果检测到的障碍物侵犯了安全区域,传感器将向安全PLC发送输出,并指示车辆停止。安全控制器接收到的全部信息都是由激光雷达设备进行的分析所产生的单个位或信号。

安全防护敏感区示警

海伯森 HPS-3D系列面阵固态激光雷达还可以用于安全/敏感区域防护。产品设计了灵活的用户自定义感兴趣区域(ROI)功能,不仅可以自由选择Simple-HDR,Auto-HDR和Super-HDR模式,还支持最高16组的用户敏感区域设定,并且每组支持8个自定义敏感区域。在一项用于屋顶清洁机的应用案例中可以看到,当屋顶清洁机到达屋顶边缘时,激光雷达检测到选定的敏感区域实际距离小于设定的阈值,便会触发报警,此时该清洁机会自动停止或进行返程。

精确测量物流包裹体积

随着快递走进千家万户,智慧物流作为工业4.0的重要组成部分,也在追求更可靠、快速、灵活的场景解决方案。特别是在电商快递、仓储物流行业,全自动运输、分拣等正成为最终的自动化解决目标,而对于这些行业及应用,包裹的体积信息是不可缺少的。包裹体积信息不仅提升流程可靠性和效率,更是优化包裹分拣仓储运输的重要数据。更精确更高效的检测技术,让海伯森 HPS-3D系列面阵固态激光雷达在物流行业中应用优势越来越突出。

3D建模和人员计数

海伯森技术的面阵固态激光雷达采用非接触式扫描目标物的方式进行深度测量,通过采集目标物表面的三维点云数据,可进行高分辨率的3D建模。产品还可以根据客户需求进行二次开发,实现人流计数,被广泛应用在商超等地方进行自动门区域触发控制等常见的场景。


海伯森产品创新突破

从这些实际应用场景中可以看出,海伯森技术HYPERSEN HPS-3D系列面阵固态激光雷达强悍的性能与丰富的功能设置,足以应对包裹体积测量、敏感区域防护、3D建模、人员计数、智能交通和车辆控制等各领域场景。

尤其是海伯森技术最新力作HPS-3D640,对比HPS-3D160Pro,拥有更大的视场角和更高分辨率。它可实现68°*55°的超大视场角,分辨率达640*480,每帧可输出 307200个点的距离数据,超过海伯森 HPS-3D160Pro的30倍,可以输出更多的点云数据。另外测量精度可达到1cm,相比较上代性能提升了两倍,测量更精确!全新升级的技术,无论在数据测量稳定性方面,还是在成像细节的展现上都表现非常出色,也更能满足产业升级背景下,愈发严苛的行业标准与需求。



海伯森HPS-3D640面阵固态激光雷达测评

海伯森技术HYPERSEN HPS-3D640面阵固态激光雷达从概念期到产品成熟,这一漫长过程中产品经历了多次反复地实验验证,和来自大量真实用户的装机测评反馈,海伯森持续突破技术难点,实现创新制造的目标。

软件系统

操作界面简洁明了,系统运行流畅,极易上手。整个界面包括功能菜单区、大屏视图区和数值显示区。可进行单次和连续多次测量,自定义敏感区域配置,成像模式相互切换,还可以对获取的数值采用曲线图、点云图形式展现和CSV数据导出等。

测量精度


被测物为白色幕布,距离测量数值展现:(309,231,1494),(309,231,2028)。

通过分别对两个定点位置1.48M和2.02M,从上位机监测数据来看实际测量数据为1.49M和2.02M,充分体现 HPS-3D640面阵固态激光雷达传感器深度距离测量的高精度,对场景应用的准确性的强有力说明!

测量线性度


150-3000mm量程范围测量,每步间距90mm,最大线性误差在正负20mm范围内。

静态重复性测试


面阵固态激光雷达传感器在测量白色幕布时,可以从一维曲线图看出静态测量的重复性约为±1.5cm范围内,传感器稳定采集数据且数据不会有太大波动,具有很高的稳定性。

场景测试

1)强光环境

在室外太阳光的干扰下测量仍有效进行,从实时近距离测量物体能采集到点云数据,对强光环境亦能有很好的表现。

2)夜景测试

海伯森技术的传感器在夜间尤为突出,能够清晰采集有效数据,自带4颗照明灯珠(功率2W/颗)使得在夜间工作表现更优。


助力实现高端光学力学工业传感器的国产化替代

与发达国家相比,我国激光雷达产业起步较晚,市场规模相对较小,但其巨大的市场规模决定了我国激光雷达市场具有一定的发展潜力。

据《激光雷达行业深度分析及投资战略规划报告》,到2023年,我国激光雷达市场覆盖率预计将达到10%,与世界激光雷达行业领先国家的差距将逐步缩小。随着国内企业的相继崛起,国内激光雷达产业研发水平将不断提高,市场将长期处于上升趋势。根据 Sullivan的估计,到2025年,中国激光雷达市场规模预计将达到43.1亿美元。

随着产业升级的进一步深入,工业自动化、人工智能、机器人、物联网等领域正面临前所未有的变革,激光雷达等传感器设备也将迎来产品与技术的黄金发展期。作为技术创新型企业,海伯森技术HYPERSEN达将继续坚持自主创新,以长期的技术积累作为公司可持续发展的基础,结合市场需求和反馈,专注于高性能、高可靠性的高端智能传感器研发和制造,赋能产业结构的升级。

对处于转型关键期的中国工业制造业而言,高端面阵固态激光雷达产品有着举足轻重的地位,技术掌握在谁的手里,谁就更有底气。

目前,海伯森已经具备涉及力学、光学、机械、电子、算法等方面的核心技术,并综合运用于传感器产品的开发和规模化生产,拥有多项自主知识产权和专利技术。海伯森希望通过自己的产品,能够带动上下游产业的共同进步,在技术层面避免卡脖子的问题,为国内工业制造业的转型升级创造更大价值,助力实现高端智能工业传感器的国产化替代!

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