I staidéar le déanaí, d'fhorbair taighdeoirí ón tSín córas sliseanna-scála LiDAR a dhéanann aithris ar shúil an duine trí dhíriú go dinimiciúil ar ardtaifigh braite ar réigiúin spéise (ROIanna) agus feasacht leathan á choinneáil ar fud an réimse radhairc iomlán.
Foilsítear an staidéar san irisleabharCumarsáid Dúlra.
Fís meaisín cumhachta córais LiDAR i-thiomáint gluaisteáin, drones agus róbait féin trí léasacha léasair a lasadh chun radhairc 3D a mhapáil le beachtas milliméadar. Pacálann an tsúil a braiteoirí is dlúithe sa fovea (láthair géar radhairc lárnach) agus aistríonn sé amharc ar an rud atá tábhachtach. I gcodarsnacht leis sin, úsáideann formhór na LiDAR léasanna nó scananna comhthreomhara dochta a leathnaíonn taifeach aonfhoirmeach (garbh go minic) i ngach áit. Ciallaíonn treisiú mionsonraí a chur leis níos mó bealaí go haonfhoirmeach, rud a phléasc costais, cumhacht agus castacht.
Baineann dearadh na foirne amach taifeach uilleach "thar-reitineach" de 0.012 céim i ROIanna- faoi dhó chomh géar le teorainn 0.017 céim na súl. Ciallaíonn sé seo gur féidir leis an gcóras idirdhealú a dhéanamh idir pointí a bhfuil na huillinneacha is lú eatarthu, mar shampla mionsonraí míne a phiocadh amach ar chomhartha bóthair i bhfad i gcéin. Déanann sé bealaí braite comhthreomhara a athdháileadh ar éileamh, ag seachaint scálú brúidiúil costasach.
Labhair Phys.org le comh-údair an staidéir, Ruixuan Chen agus Xingjun Wang, ó Scoil Leictreonaic Ollscoil Peking.
"Tagann an spreagadh ó neamhréir phraiticiúil idir dearcadh bitheolaíoch agus meaisín," a mhínigh na taighdeoirí. "Sroicheann an tsúil dhaonna géire ard agus éifeachtúlacht fuinnimh trí aird a athdháileadh-d'fheasacht leathan a choimeád agus acmhainní a dhíriú ar na nithe atá tábhachtach. I gcodarsnacht leis sin, is minic a shaothraítear réiteach LiDAR ag 'níos mó cainéal i ngach áit', rud a éiríonn costasach agus cumhacht -ocras go tapa."
An fhadhb scálaithe
Tá córais fís meaisín méadaithe níos faide ná ceamaraí traidisiúnta chun braiteoirí LiDAR a áireamh, a chumasaíonn tomhas beacht achair agus dearcadh comhshaoil 3D. Murab ionann agus ceamaraí éighníomhacha, áfach, éilíonn LiDAR crua-earraí astaíochta agus glactha le haghaidh gach picteilín, ag cur teorainn le taifeach is féidir a bhaint amach.
Tá tranglam ríthábhachtach le sárú sa chur chuige reatha chun réiteach LiDAR a fheabhsú. Seachadann dúbailt cainéal gnóthachain réitigh líneacha ach spreagann sé pléascanna sárlíneacha i gcastacht, i gcumhacht agus i gcostas.
"Ar an gcéad dul síos, tá réiteach ceangailte go docht le comhaireamh cainéal crua-earraí agus meicnic scanadh. Sa dara háit, is braiteoir gníomhach é LiDAR: cosnaíonn gach picteilín go héifeachtach acmhainní a tharchur agus a fháil," a mhínigh na taighdeoirí. "Déanann sé sin fócas oiriúnaitheach níos deacra go bunúsach ná mar atá in íomháú éighníomhach, mar ní mór duit cumhacht optúil, íogaireacht glacadóra agus bandaleithead digitithe a bhainistiú agus srianta sábháilteachta súl á gcomhlíonadh agat."
Maidir le minicíocht chomhleanúnach-tonnta leanúnaí modhnaithe LiDAR, tá an dúshlán seo an-ghéar. Éilíonn gach cainéal comhleanúnach rialú minicíochta cobhsaí, crua-earraí glactha sofaisticiúla, agus calabrú daingean. Fágann sé sin go bhfuil sé i bhfad níos deacra dúbailt cainéil ollmhór a chosaint go heacnamaíoch.
Tuaslagán bithmhiomach
Comhcheanglaíonn réiteach na dtaighdeoirí dhá phríomhtheicneolaíocht. Ina measc seo tá léasair cuasáin sheachtraigh lúfar (ECL) le raon tiúnta os cionn 100 nm, agus cíora minicíochta snáthoptaice in-athchumraithe bunaithe ar ardáin tanaí scannáin litiam niobáit (TFLN).
Soláthraíonn an ECL comharthaí chirp FMCW ar ardchaighdeán le haghaidh raon comhleanúnach agus feidhmíonn sé mar mheicníocht stiúrtha le léas rialaithe tonnfhad. Trí thonnfhad an ionaid a thiúnadh, is féidir leis an gcóras a threo féachana a atreorú go tapa laistigh de réimse radhairc leathan.
Gineann an cíor snáthoptaice leictreamhaigh ansin il-iompróirí FMCW comhthreomhara ón bhfoinse léasair chirped céanna. Is é an rud is tábhachtaí ná go n-athraítear spásáil cíor nuair a dhéantar coinníollacha tiomána minicíochta raidió a choigeartú.
"Is é seo a chuireann ar chumas 'zoom'-is féidir linn an dlús pointe a mhéadú i réigiún roghnaithe (sampláil níos míne) nó é a scíth a ligean (sampláil níos géire) gan na snáthoptaice a athrú ná bealaí a chur leis," a dúirt na taighdeoirí.
Úsáideann an córas rud ar a dtugann na taighdeoirí "micrea-chomhthreomhaireacht". Ciallaíonn sé seo úsáid a bhaint as líon measartha de chainéil fhisiciúla chun an comhionann le línte scanadh i bhfad níos mó a bhaint amach trí athshuíomh dinimiciúil.
Bailíochtú turgnamhach
Léirigh an fhoireann cumais an chórais thar thrí chás thurgnamhach, ag baint amach taifeach uilleach de 0.012 céim i réigiúin fhócasaithe-a sháraigh teorainn ainmniúil an reitine daonna.
In íomháú radharc statach, ghlac an córas timpeallacht bóithre ionsamhlaithe ag taifeach 54 faoi 71 picteilín le haghaidh scananna iomlána réimse iomlán agus 17 faoi 71 picteilín do scananna a bhí dírithe go háitiúil. Chuir na scananna fócasaithe seo dlús an mhionsonraithe ingearach faoi cheathair, rud a léirigh constaicí a bhí dofheicthe roimhe seo, le 90% de na pointí beacht faoi bhun 1.3 cm.
Thaispeáin na taighdeoirí freisin-comhleá ceamaraí LiDAR, ag cruthú scamaill pointe daite a chomhcheanglaíonn céimseata beacht 3D le sonraí cuma RGB. Nuair a dhéantar comparáid idir scanadh caighdeánach agus scanadh fócasaithe, tháinig feabhas thart ar 10% ar ailíniú histeagraim datha, rud a léiríonn comhfhreagras níos fearr idir pointí 3D agus picteilíní íomhá.
"Trí LiDAR a chomhcheangal le ceamara, gineann muid scamaill pointe daite agus saibhrímid ionadaíocht an radhairc, rud a fheabhsaíonn an léirmhíniú agus a thacaíonn le tascanna dearcadh iartheachtacha a bhraitheann ar uigeacht agus leideanna shéimeantacha," a mhínigh na taighdeoirí.
B’fhéidir an rud is suntasaí, b’fhéidir, gur ghlac an fhoireann-am 4D-móide íomháú-taith cispheile inar léirigh gach pointe suíomh, treoluas casadh, frithchaiteacht dromchla, agus dath ag an am céanna. Ag 8 Hz trasna réimse radhairc leathan, léirigh sé seo patrúin ghluaisne dofheicthe do LiDAR 3D caighdeánach.
Nocht an obair thurgnamhach comhbhabhtálacha leibhéal córais tábhachtacha a threoraíonn cosáin forbartha amach anseo.
"Is é an ceann is soiléire ná an teannas idir taifeach uilleach agus spás cloiginn tomhais in aghaidh an chainéil," thug na taighdeoirí faoi deara. "Inár léamh comhleanúnach comhleanúnach, ní mór do gach cainéal a bhanda leictreach neamh-fhorluiteach féin a bheith aige. Nuair a laghdaítear an ráta athrá, is féidir linn go deimhin an míne samplála uilleach a bhrú, ach léiríonn an turgnamh go ndéanann sé seo bandaleithead léite amach in aghaidh an chainéil a chomhbhrú."
D’aithin an fhoireann roinnt treoracha tosaíochta chun an teicneolaíocht a chur ar aghaidh i dtreo imscaradh praiticiúil. Ina measc seo tá comhtháthú monailiteach níos doimhne ar ardáin TFLN, forbairt foinsí scuabtha ultra-leathanbhanda le haghaidh réiteach feabhsaithe raoin, agus cur i bhfeidhm polasaithe aire lúb dúnta le haghaidh braistint imeachtaí.
Tugann turgnaimh reatha ag baint úsáide as naisc snáithíní isteach éagobhsaíocht polaraithe a chuireann teorainn le cumais aicmithe ábhar.
"Mar sin féin, samhlaímid go réiteoidh comhtháthú monolithic go bunúsach an bac seo," a dúirt na taighdeoirí. "Trí athrú ó chonairí snáithíní éagobhsaí go dtí treoracha tonnta sliseanna, is féidir linn téarnamh cobhsaí polaraithe a bhaint amach."
Cuireann an córas bionic LiDAR feidhmchláir fhéideartha ar fáil a chuimsíonn feithiclí uathrialacha, drones aerga agus mara, róbataic, agus córais fís néaramorfacha. Taobh amuigh de LiDAR, cumasaíonn cíora in-athchumraithe anailís thapa speictreach do chumarsáid optúil, tomagrafaíocht comhleanúnachais, braiteadh comhbhrúiteach agus méadreolaíocht bheachtais, de réir na dtaighdeoirí.
