Hokuyo与SiLC合作开发4D LiDAR方案

传感器和自动化技术的制造商Hokuyo Automation与机器视觉开发商SiLC Technologies(SiLC)合作建立4D光检测和测距(LiDAR)解决方案的新项目，Hyokuyo希望改进机器视觉系统，用于有针对性的工业自动化和机器人应用。

作为人类，以各种方式感知和表达不同情绪的能力是自然而然的；然而，试图在机器内创建相同的响应是许多研究人员和公司试图解决的障碍，尤其是在工业和汽车领域。

在工业机器人、汽车传感系统中，通常使用机器视觉(MV)技术。机器视觉允许特定的相机提供短距离和长距离物体的自动分析。

SiLC的4D LiDAR智能视觉芯片。图片由SiLC提供

如前所述，SiLC和Hokuyo Automation正在联手将SiLC的4D+智能视觉芯片投入量产。多年来，Hokuyo已经建立了一系列LiDAR和障碍物检测设备，以解决改善自动驾驶汽车感应方面的许多挑战。凭借Hokuyo的客户和广泛的LiDAR和障碍检测产品组合，SiLC可以加速实现批量生产。

4DLiDAR机器视觉芯片

SiLC开发了业界第一个基于激光技术的全集成相干4DLiDAR芯片，使用FMCW。

LiDAR系统中的FMCW示例。图片由加州大学伯克利分校提供

虽然您可能听说过不少3D LiDAR的信息，但您可能没有听说过4DLiDAR。一般来说，4DLiDAR建立在基于3D视觉的FMCW技术之上，但在测量方面增加了一个关键向量，以将3D模块移到第4维。

通过4D，设备可以涉及偏振强度、速度、距离/范围和分辨率，以使机器感官更接近于匹配人类感知。

4D视觉芯片背后的技术集成了所有必需的LiDAR功能，例如相干光源和光信号处理。而SiLC的解决方案还可以在转换为电子之前从返回的光子中提取额外的信息。

传输和接收的光波长穿过相干混合和放大检测器，该检测器可防止LiDAR干扰，例如光折射和阳光。然后，该光电探测器进行快速傅立叶变换，从接收到的波形中提取距离和速度信号。

比较4D与3D激光雷达

当前基于3D视觉的LiDAR系统设计有飞行时间(ToF)传感器。这些传感器在大约905nm的可见光波长下工作，并且被认为对眼睛是安全的。

波长与可见光的关系。由SiLC提供

ToF的功能包括每微秒发送一次激光脉冲，以直接测量向物体发出的脉冲与其返回之间的时间差。

3D ToF解决方案的一个缺点是太阳光干扰。在执行ToF检测时，日光是一个挑战，因为光线可以在某些移动物体上反射或折射，因此很难确定从传感器到物体的距离。ToF的另一个限制是范围，一旦物体接近1公里，ToF就无法以相同的精度进行测量。

通过引入4D解决方案，波长提升到1550nm，提高了眼睛安全性并减少了太阳干扰。计算物体的范围或距离是返回信号频移的直接函数，而速度则增加了返回信号的频移。然而，如果它们同时行进，称为“双啁啾”，这就解决了距离和速度。

ToF测量在汽车行业仍然受到追捧，因为它已经建立了几十年。ToF摄像头可与高级驾驶员辅助系统(ADAS)传感器配合使用，帮助驾驶员进行车道检测、盲点和近距离物体检测。

归根结底，3D和4D各有优缺点。基于FMCW的LiDAR IC的大规模生产尚需时日。作为首选技术，FMCW一定要通过单芯片实现更高的集成度和性价比，从长远来看，4D一定是超越3D ToF的检测解决方案。