什么是 LIDAR？

激光傳感器，又稱 LIDAR（光探測和測距），是增強(qiáng)各種安全功能的強(qiáng)大工具。這些傳感器利用光脈沖測量距離，讀數(shù)準(zhǔn)確度高，細(xì)節(jié)豐富。

在基礎(chǔ)設(shè)施安全方面，激光雷達(dá)充當(dāng)著警戒衛(wèi)的角色。它能生成設(shè)施的精 確三維地圖，使安保人員能夠識別潛在的漏洞并有效監(jiān)控所有活動。激光雷達(dá)傳感器提供的數(shù)據(jù)還有助于識別設(shè)施內(nèi)任何未經(jīng)授權(quán)的移動，從而增加一層強(qiáng)大的入侵檢測能力。

在安全圍欄方面，激光雷達(dá)傳感器非常有用。通過識別物體的形狀和距離，這些傳感器可以檢測到任何試圖破壞圍欄的行為，無論是攀爬、砍伐還是挖掘。只要檢測到此類活動，就會觸發(fā)警報，從而加強(qiáng)安全圍欄系統(tǒng)并對可能的破壞行為提供實時響應(yīng)。

LIDAR 傳感器對周邊保護(hù)也有很大貢獻(xiàn)。它們在物業(yè)或設(shè)施周圍形成一道隱形但高效的保護(hù)邊界。任何在這個預(yù)定義區(qū)域內(nèi)的人類運動或物體都會觸發(fā)傳感器。通過檢測與移動物體的距離變化，傳感器提供了一種可靠的解決方案，可以保持持續(xù)監(jiān)控，并在檢測到入侵時立即向安全部隊發(fā)出警報。

在開放區(qū)域或需要額外安全保護(hù)的地方，激光雷達(dá)傳感器提供了必不可少的支持。這些傳感器能夠在各種光線和天氣條件下工作，確保不間斷監(jiān)控，而傳統(tǒng)攝像頭在弱光或惡劣天氣下可能難以正常工作。

總而言之，激光雷達(dá)傳感器是安全領(lǐng)域的革命性工具，可為基礎(chǔ)設(shè)施、安全圍欄和周邊提供詳細(xì)監(jiān)控、準(zhǔn)確的入侵檢測和強(qiáng)大的保護(hù)。它們在現(xiàn)代安全系統(tǒng)中的作用是不可替代的，兼具準(zhǔn)確性、多功能性和可靠性。

激光雷達(dá)的種類

目前市面上有不同種類的激光雷達(dá)，按驅(qū)動方式可分為機(jī)械式、MEMS、相控陣、泛光面陣式（FLASH）。

機(jī)械式

以Velodyne 2007年推出的64線雷達(dá)為例。它把64個激光器垂直堆疊在一起，以20rpm速度旋轉(zhuǎn)。簡單理解就是通過旋轉(zhuǎn)將激光點變成線，通過64線堆疊將線轉(zhuǎn)化為面，得到點云數(shù)據(jù)獲取3D環(huán)境信息。

機(jī)械式結(jié)構(gòu)需要復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，同時點云的測量又需要對安裝進(jìn)行精 確定位。考慮環(huán)境和老化的影響，平均的失效時間僅1000-3000小時，難以達(dá)到車廠最 低13000小時的要求。且由于LiDAR安裝在車頂，民用領(lǐng)域需考慮外界養(yǎng)護(hù)的問題，如洗車的影響。因此機(jī)械式結(jié)構(gòu)極大的限制了成本和應(yīng)用推廣。

MEMS

MEMS激光雷達(dá)利用微電子機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)驅(qū)動旋鏡，反射激光束指向不同方向。

固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)點包括了：數(shù)據(jù)采集速度快，分辨率高，對于溫度和振動的適應(yīng)性強(qiáng)；通過波束控制，探測點（點云）可以任意分布，例如在高速公路主要掃描前方遠(yuǎn)處，對于側(cè)面稀疏掃描但并不完全忽略，在十字路口加強(qiáng)側(cè)面掃描。而只能勻速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械式激光雷達(dá)是無法執(zhí)行這種精細(xì)操作的。

典型應(yīng)用有法雷奧SCALA激光雷達(dá)。目前應(yīng)用在奧迪A8(第 一款L3級的自動駕駛車輛)。安裝在前保險杠位置，使用MEMS技術(shù)得到145°的掃描角度，80m的探測距離。

圖5 奧迪A8的激光雷達(dá)

相控陣（OPA）

光相控陣?yán)走_(dá)原理：主要利用光的干涉原理。可以通過改變不同縫中入射光線的相位差即可改變光柵衍射后中央明紋（主瓣）的位置，如下圖所示。

圖6 相控陣?yán)走_(dá)的原理

相控陣（OPA）的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

①結(jié)構(gòu)簡單、尺寸?。河捎诓恍枰D(zhuǎn)部件，可以大大壓縮雷達(dá)的結(jié)構(gòu)和尺寸，提高使用壽命，并降低成本。

②標(biāo)定簡單：機(jī)械式激光雷達(dá)由于光學(xué)結(jié)構(gòu)固定，適配不同車輛往往需要精密調(diào)節(jié)其位置和角度，固態(tài)激光雷達(dá)可以通過軟件進(jìn)行調(diào)節(jié)，大大降低了標(biāo)定的難度。

③掃描速度快：不用受制于機(jī)械旋轉(zhuǎn)的速度和精度，光學(xué)相控陣的掃描速度取決于所用材料的電子學(xué)特性，一般都可以達(dá)到MHz量級。

④掃描精度高：光學(xué)相控陣的掃描精度取決于控制電信號的精度，可以達(dá)到千分之一度量級以上。

⑤可控性好：光學(xué)相控陣的光束指向完全由電信號控制，在允許的角度范圍內(nèi)可以做到任意指向，可以在重點區(qū)域進(jìn)行高密度的掃描。

⑥多目標(biāo)監(jiān)控：一個相控陣面可以分割為多個小模塊，每個模塊分開控制即可同時鎖定監(jiān)控多個目標(biāo)。

缺點：

①掃描角度有限：調(diào)節(jié)相位最多只能讓中央明紋改變約±60°，實際做到360°采集的話一般需要6個。

②旁瓣問題：光柵衍射除了中央明紋外還會形成其他明紋，這一問題會讓激光在最 大功率方向以外形成旁瓣，分散激光的能量。

③加工難度高：光學(xué)相控陣要求陣列單元尺寸必須不大于半個波長，一般目前激光雷達(dá)的工作波長均在1微米左右，故陣列單元的尺寸必須不大于500nm。而且陣列密度越高，能量也越集中，這都提高了對加工精度的要求，需要一定的技術(shù)突破。

④接收面大、信噪比差：傳統(tǒng)機(jī)械雷達(dá)只需要很小的接收窗口，但固態(tài)激光雷達(dá)卻需要一整個接收面，因此會引入較多的環(huán)境光噪聲，增加了掃描解析的難度。

泛光面陣式（FLASH）

泛光面陣式的原理類似TOF相機(jī)，也就是快閃，它不像MEMS或OPA的方案會去進(jìn)行掃描，而是短時間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對環(huán)境周圍圖像的繪制。它運行起來更像攝像頭。激光束會直接向各個方向漫射，因此只要一次快閃就能照亮整個場景。隨后，系統(tǒng)會利用微型傳感器陣列采集不同方向反射回來的激光束。

圖7 泛光式激光雷達(dá)

Flash LiDAR 的一大優(yōu)勢是它能快速記錄整個場景，避免了掃描過程中目標(biāo)或激光雷達(dá)移動帶來的各種麻煩。當(dāng)前的發(fā)展方向有2個，一種是蓋格模式APD的單光子計數(shù)型直接對光子計數(shù)生成數(shù)字圖像；一種是傳統(tǒng)的CMOS光強(qiáng)模擬采集得到強(qiáng)度圖，將強(qiáng)度圖轉(zhuǎn)化為距離信息。

全固態(tài)激光雷達(dá)主要分為微機(jī)械鏡（MEMS）、泛光（Flash）和光學(xué)相控陣（Optical Phased Array, OPA）3種類型（因為MEMS是在芯片上的微機(jī)械振動，所以也存在不將MEMS激光雷達(dá)歸為全固態(tài)激光雷達(dá)的說法）。MEMS激光雷達(dá)的缺點主要是掃描角度較小、掃描精度難以控制，與之相比，OPA激光雷達(dá)具有更大的掃描角度、更快的掃描速度和更高的掃描精度。泛光激光雷達(dá)的缺點主要是測量距離近（一般不到30米），與之相比，OPA激光雷達(dá)具有更集中的激光能量和更遠(yuǎn)的測量距離。此外，OPA可集成于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）平臺，形成光電互聯(lián)的片上系統(tǒng)。因此，OPA固態(tài)激光雷達(dá)被看作是“最有前途”的全固態(tài)激光雷達(dá)，將使機(jī)器具有更優(yōu)異的視覺性能，可謂是幫助人類更便捷地探索三維世界的“智慧之眼”。

Blickfeld QbProtect 是第 一款智能 LiDAR，借助分析軟件、標(biāo)準(zhǔn)接口和設(shè)備上的 Web GUI，可提供有關(guān)未經(jīng)授權(quán)進(jìn)入的直接可用結(jié)果。物體尺寸檢測可實現(xiàn)極低的誤報率。

LiDAR 專家 Blickfeld 推出了“Blickfeld QbProtect”，這是一款專為安全應(yīng)用而設(shè)計的 3D LiDAR 傳感器。Blickfeld QbProtect 配備用于區(qū)域、圍欄和外墻監(jiān)控的設(shè)備內(nèi)置軟件，無需額外的計算機(jī)即可處理未經(jīng)授權(quán)進(jìn)入安全區(qū)域的數(shù)據(jù)，并以常見的數(shù)據(jù)格式提供可直接使用的結(jié)果。Blickfeld QbProtect 可確保在各種天氣和光照條件下可靠地檢測物體，從而實現(xiàn)極低的誤報率和更高的安全性。該傳感器可以輕松安裝，無縫集成到標(biāo)準(zhǔn)化安全系統(tǒng)中，并通過直觀的圖形用戶界面進(jìn)行配置。

基于物體大小的警報生成

Blickfeld 的 3D LiDAR 技術(shù)每秒使用數(shù)十萬個激光脈沖掃描周圍環(huán)境，并通過集成軟件生成精 確而詳細(xì)的 3D 點云。通過基于瀏覽器的圖形用戶界面 (web GUI) 中的 3D 查看器，用戶可以顯示點云，并使用拖放功能輕松定義、調(diào)整和放置安全區(qū)域。此外，他們還可以設(shè)置進(jìn)入?yún)^(qū)域時觸發(fā)警報的物體大小。此功能通過將小動物或植被排除在安全警告之外，可顯著減少誤報。收集的數(shù)據(jù)是匿名的，因此符合數(shù)據(jù)保護(hù)法規(guī)。

可定制的報警邏輯

通過 Blickfeld QbProtect 的 Web GUI，只需使用簡單的拖放方法，即可輕松調(diào)整警報觸發(fā)條件。用戶可以選擇使用經(jīng)過測試的警報觸發(fā)預(yù)設(shè)，并根據(jù)需要直觀地修改各個步驟和條件。這種靈活性允許定制安全解決方案，而無需編程工作。

結(jié)構(gòu)堅固，安裝簡便

Blickfeld QbProtect 的設(shè)置非常簡單。由于設(shè)備自帶軟件，無需外部計算機(jī)即可進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)和電力傳輸通過同一條電纜（以太網(wǎng)供電），因此電纜需求被降到最 低。該硬件基于 Blickfeld 的智能激光雷達(dá)“Qb2”，采用固態(tài)設(shè)計，無機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，外殼防塵防水等級達(dá)到 IP67。這使得 Blickfeld QbProtect 堅固耐用，維護(hù)成本低。

安全活動：Blickfeld 推出用于高可靠性物體檢測的新型 3D LiDAR

LiDAR 公司 Blickfeld 將在伯明翰安全活動上現(xiàn)場展示其用于最苛刻的周邊防護(hù)的新型安全 3D LiDAR“Blickfeld QbProtect”。

總部位于慕尼黑的激光雷達(dá) (LiDAR) 專家 Blickfeld 將在安防活動上展示其用于周界防護(hù)的新型 3D LiDAR 傳感器 Blickfeld QbProtect。國際安防行業(yè)會議將于 2024 年 4 月 30 日至 5 月 2 日在英國伯明翰 NEC 展覽中心舉行。Blickfeld 將在其展位 5/M107 現(xiàn)場演示 QbProtect 如何檢測進(jìn)入安全區(qū)域的物體并根據(jù)物體的大小觸發(fā)警報。這種基于尺寸的警報生成方式可顯著降低誤報率，并將安全性提升到前所未有的水平。

Blickfeld QbProtect 的主要優(yōu)點包括：

l  高度可靠的物體檢測，無論物體的大小、速度或顏色如何，即使在黑暗、雨天和雪天。

l  基于物體大小的警報生成：設(shè)置觸發(fā)警報的物體大小。

l  集成軟件以通用數(shù)據(jù)格式直接向入侵檢測系統(tǒng)等安全系統(tǒng)提供結(jié)果。

l  堅固的設(shè)計：外殼符合 IP67 標(biāo)準(zhǔn)，防塵防水。

l  易于安裝：由于設(shè)備上有軟件，不需要外部計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；數(shù)據(jù)和電力通過以太網(wǎng)供電傳輸。

l  由于接口相同、結(jié)構(gòu)堅固，并且通過視覺反饋進(jìn)行傳感器校準(zhǔn)，因此操作起來像相機(jī)一樣簡單。通過 Web GUI，用戶可以使用拖放功能輕松定義、調(diào)整和放置安全區(qū)域。

Blickfeld 安全解決方案主管 Andreas Bollu 表示：“借助 Blickfeld QbProtect，發(fā)電廠、機(jī)場和其他關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的集成商和安全管理人員可以獲得極為可靠的保護(hù)，防止未經(jīng)授權(quán)的入侵。QbProtect 的設(shè)計非常獨特：它使用先進(jìn)的激光和半導(dǎo)體技術(shù)捕獲安全區(qū)域并提供精 確的 3D 數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)使用專門針對設(shè)備上的周邊安全優(yōu)化的軟件進(jìn)行分析，并通過標(biāo)準(zhǔn)接口無延遲地傳輸?shù)揭曨l管理系統(tǒng)或入侵檢測系統(tǒng)。這使得 QbProtect 成為一種與傳統(tǒng)攝像機(jī)一樣易于操作的技術(shù)，并顯著增強(qiáng)了對高安全性對象的保護(hù)?！?/span>