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LiDAR de estado sólido ofrece una solución de detección automotriz más simple

XenomatiX con base en Lovaina proporciona lo que llama “verdadero sólido- sensores LiDAR de estado ”basado en un concepto de láseres multihaz y tecnología de semiconductores escalable y sin riesgos.

Las aplicaciones automotrices desafiantes, como ADAS y la conducción autónoma, requieren soluciones avanzadas para la detección de alcance y objetos. Entre ellos, el sistema LiDAR (detección de luz y rango) juega un papel relevante. También conocido como tiempo de vuelo (ToF), escáner láser o radar láser, LiDAR es una tecnología de detección cuya tarea principal es detectar objetos y mapear sus distancias. Esto se logra iluminando un objetivo con un pulso óptico (cuyo ancho varía desde unos pocos nanosegundos hasta varios microsegundos) y midiendo las características de la señal de retorno reflejada. Los factores clave para extraer información útil de las señales luminosas devueltas son la potencia del pulso, el tiempo de ida y vuelta, el cambio de fase y el ancho del pulso. Aunque se encuentran disponibles varios tipos diferentes de sistemas LiDAR, se pueden agrupar en dos categorías con respecto al tipo de dirección del haz:LiDAR mecánicos y ópticos. Un LiDAR mecánico se basa en ópticas de alta calidad y un conjunto giratorio para crear un amplio campo de visión (FOV), hasta 360 °. La relación señal-ruido (SNR) asociada es bastante excelente sobre el campo de visión, pero la solución es voluminosa y pesada. Los LiDAR de estado sólido, por el contrario, no tienen partes mecánicas giratorias, lo que proporciona un alto grado de confiabilidad. Aunque su campo de visión se reduce, hay una manera de superar esta limitación.

Este artículo presentará una nueva tecnología LiDAR desarrollada por XenomatiX llamada estado sólido verdadero para ADAS, conducción autónoma y otras aplicaciones de carretera. Cabe señalar que, además de las aplicaciones automotrices, la tecnología LiDAR se puede explotar para mapeo aéreo y geográfico 3D, sistemas de seguridad en fábricas, munición inteligente y análisis de gases.

Enfoque XenomatiX

Hoy en día, la mayoría de los sistemas LiDAR son mecánicos. Usan cabezales giratorios que resultan en una solución voluminosa, pesada y costosa. Para superar estas limitaciones, se han adoptado tecnologías como los espejos oscilantes para reducir el tamaño de la solución. Sin embargo, sigue siendo un dispositivo algo mecánico. Desde el principio, la filosofía de XenomatiX ha sido que, en las aplicaciones de automoción, la única parte móvil es el vehículo.

Durante una entrevista con EE Times Europe Filip Geuens, director ejecutivo de XenomatiX, dijo:“La industria automotriz tiene requisitos completamente diferentes, se trata de costo, tamaño y confiabilidad. La tecnología LiDAR debe elegirse en función de estos tres factores clave. Es por eso que sentimos que los diodos láser provisionales y las piezas mecánicas móviles no son el camino a seguir ".

La empresa, fundada en 2013 y con sede en Lovaina, Bélgica, introdujo el término "verdadero" para identificar los sistemas LiDAR de estado sólido que se construyen utilizando una fuente láser y un detector basados ​​en semiconductores y sin escaneo ni partes móviles. Esta nueva solución adopta un enfoque fundamentalmente diferente con respecto a los LiDAR ópticos convencionales, que utilizan mediciones secuenciales para enviar luz láser en una dirección, tomar una medición y luego pasar a la siguiente posición. Miden y adquieren el escenario circundante paso a paso.

"Dado que el mecanismo de escaneo es el punto débil de un sistema LiDAR, el enfoque de XenomatiX ha sido eliminar el mecanismo de escaneo introduciendo la capacidad de haz múltiple, que envía miles de rayos láser todos al mismo tiempo". dijo Geuens. "Esta es la verdadera innovación de la que estamos orgullosos".

Toda la escena se puede detectar en "un flash" sin las limitaciones de un rango más corto o de alta potencia, con rangos de más de 200 metros y consumo de energía normal. Además, a diferencia de los LiDAR de escaneo, las nubes de puntos de alta resolución no necesitan tratamiento posterior para la corrección espacio-temporal, lo que permite una velocidad de fotogramas mucho más alta y proporciona una mejor corrección.

Como resultado, el LiDAR de XenomatiX no tiene que moverse muy rápido, como los sistemas ópticos convencionales de "apuntar y medir". Dado que toda la escena se mide enviando todos los rayos al mismo tiempo sin realizar ningún escaneo, el sistema tiene más tiempo para procesar la cuadrícula de alta resolución de puntos de medición.

"No necesitamos el láser más rápido, ya que tenemos un LiDAR que funciona en modo de obturador global, lo que significa que mira toda la escena en una sola toma, en un solo cuadro", dijo Geuens. "Esto implica algunos beneficios interesantes:nuestro sistema no se ve afectado por el desenfoque de movimiento y no necesitamos un controlador láser extremadamente potente que pueda enviar pulsos de nanosegundos".

El enfoque adoptado por XenomatiX es una solución para escanear en movimiento, ya que elimina el tiempo de retraso causado por los sensores de escaneo a medida que se mueven a través de su patrón de escaneo. De hecho, este concepto es muy adecuado para aplicaciones automotrices, ya que elimina la necesidad de compensar el movimiento:todos los haces se envían exactamente al mismo tiempo, adquiriendo todos los puntos al mismo tiempo a través de un sistema global. obturador. La Figura 1 muestra el XenoLidar-X, una solución independiente sin partes móviles que se puede utilizar tanto para conducción autónoma como para aplicaciones industriales. Este diseño resulta efectivo en todos los escenarios donde la iluminación y las condiciones climáticas pueden variar en gran medida. Es la solución de estado sólido de próxima generación de XenomatiX, con 15.000 rayos láser que estamos proyectando simultáneamente. Eso mejora la resolución a un nivel de 0,15 ° horizontal y vertical, de acuerdo con los requisitos del mercado más exigentes de la actualidad.


Figura 1:XenoLidar-X (estado sólido)

En sus LiDAR de estado sólido, XenomatiX utiliza VCSEL (láseres emisores de superficie de cavidad vertical), que son fuentes de láser notoriamente de baja potencia que brindan muy buena durabilidad y esperanza de vida, mucho mejor que los láseres de diodo tradicionales.

"Como tenemos más tiempo para medir, aún podemos poner suficiente energía en los rayos láser para realizar también mediciones de largo alcance", dijo Geuens.

Los XenomatiX LiDAR se conocen como 6D LiDAR, lo que significa que proporcionan dos tipos de salidas con superposición perfecta. La primera es una nube de puntos, una geometría 3D que incluye todos los puntos láser detectados. El segundo es una imagen de cámara 2D visual. Puede verse como un LiDAR con una cámara incorporada de forma inherente, o una cámara con rendimiento LiDAR y sin error de paralaje. La disponibilidad de datos redundantes permite la fusión de sensores, proporcionando información complementaria que respalda firmemente las aplicaciones de seguridad. El 6 th La dimensión es la reflectividad de los objetos, basada en la cantidad de luz láser devuelta.

“Nuestro detector es un tipo especial de CMOS, es un píxel que diseñamos nosotros mismos. Es como una cámara CMOS capaz de operar en modo tridimensional, dando las coordenadas de cada punto detectado ”, dijo Geuens. “También puede operar en modo bidimensional, proporcionando una imagen visual. La imagen visual y la nube de puntos se envían a una ECU central, donde se procesan para detectar el espacio libre o los objetos mediante algoritmos de inteligencia artificial patentados ”.

XenomatiX lo llama IA de cuatro dimensiones, lo que significa que realiza el reconocimiento de patrones en un espacio de cuatro dimensiones, donde las coordenadas x, y, z se combinan con la intensidad del rayo láser reflejado. El sensor ha sido diseñado para funcionar también como detector en modo 2D cuando el láser está apagado. Si el láser está encendido, el sistema puede usar los mismos píxeles para realizar mediciones 3D y generar la nube de puntos tridimensional. Los LiDAR de estado sólido también brindan una excelente confiabilidad, que es un factor clave en las aplicaciones automotrices. El tiempo medio entre fallos (MTBF) es, de hecho, muy bueno debido a la ausencia de piezas móviles, al uso de VCSEL (que son láseres con una larga vida útil) y a la madurez de la tecnología CMOS.

Como se mencionó anteriormente, una ventaja que ofrecen los LiDAR que tienen partes móviles es el amplio campo de visión, que se puede extender para cubrir hasta 360 grados. Los cabezales giratorios permiten mirar en todas direcciones. Los LiDAR de XenomatiX aún pueden lograr un amplio campo de visión al combinar varios módulos para obtener una mayor cobertura. Se pueden colocar varias unidades LiDAR en las esquinas del vehículo para no tener zonas ciegas.

Con un diseño flexible y modular, XenomatiX puede ofrecer un sensor pequeño, ligero y preparado para el futuro para una fácil integración. La compañía tiene asociaciones continuas con proveedores automotrices de Nivel I, como AGC, Marelli, Kautex y otros para desarrollar una solución LiDAR completa, personalizable, modular y flexible. Estas asociaciones promoverán la integración de LiDAR en el parabrisas, la ventana trasera, la parrilla, los faros, las luces traseras y el parachoques del vehículo.

>> Este artículo se publicó originalmente en nuestro sitio hermano, EE. Times Europe.


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