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LiDAR de estado sólido oferece solução de detecção automotiva mais simples

XenomatiX baseado em Leuven fornece o que chama de “verdadeiro sólido- sensores de estado LiDAR ”com base em um conceito de laser de feixe múltiplo e tecnologia de semicondutor escalável e sem riscos.
Aplicações automotivas desafiadoras, como ADAS e direção autônoma, exigem soluções avançadas para detecção de alcance e objetos. Entre estes, um papel relevante é desempenhado pelo sistema LiDAR (detecção e alcance de luz). Também conhecido como tempo de vôo (ToF), scanner a laser ou radar a laser, o LiDAR é uma tecnologia de sensoriamento cuja principal tarefa é detectar objetos e mapear suas distâncias. Isso é obtido iluminando um alvo com um pulso óptico (cuja largura varia de alguns nanossegundos a vários microssegundos) e medindo as características do sinal de retorno refletido. Os principais fatores para extrair informações úteis dos sinais de luz retornados são potência de pulso, tempo de ida e volta, mudança de fase e largura de pulso. Embora vários tipos diferentes de sistemas LiDAR estejam disponíveis, eles podem ser agrupados em duas categorias com relação ao tipo de direcionamento do feixe:LiDARs mecânicos e ópticos. Um LiDAR mecânico depende de ótica de alto nível e um conjunto giratório para criar um amplo campo de visão (FOV), de até 360 °. A relação sinal-ruído (SNR) associada é excelente sobre o FOV, mas a solução é volumosa e pesada. Os LiDARs de estado sólido, ao contrário, não apresentam peças mecânicas giratórias, proporcionando um alto grau de confiabilidade. Mesmo que seu FOV seja reduzido, existe uma maneira de superar essa limitação.

Este artigo apresentará uma nova tecnologia LiDAR desenvolvida pela XenomatiX chamada de estado sólido verdadeiro para ADAS, direção autônoma e outras aplicações rodoviárias. Deve-se notar que, além de aplicações automotivas, a tecnologia LiDAR pode ser explorada para mapeamento 3D aéreo e geográfico, sistemas de segurança em fábricas, munição inteligente e análise de gás.

Abordagem XenomatiX


Hoje, a maioria dos sistemas LiDAR são mecânicos. Eles usam cabeçotes giratórios, resultando em uma solução volumosa, pesada e cara. Para superar essas limitações, tecnologias como espelhos oscilantes foram adotadas para reduzir o tamanho da solução. No entanto, ainda permanece um dispositivo um tanto mecânico. Desde o início, a filosofia do XenomatiX é que, nas aplicações automotivas, a única parte móvel é o veículo.

Durante uma entrevista com EE Times Europe , Filip Geuens, CEO da XenomatiX, disse:“O setor automotivo tem requisitos completamente diferentes, trata-se de custo, tamanho e confiabilidade. A tecnologia LiDAR deve ser escolhida em função desses três fatores principais. É por isso que sentimos que os diodos laser provisórios e as peças mecânicas móveis não são o caminho a seguir. ”

A empresa, fundada em 2013 e sediada em Leuven, Bélgica, introduziu o termo “verdadeiro” para identificar sistemas LiDAR de estado sólido que são construídos usando uma fonte de laser semicondutor e detector e sem escanear nem peças móveis. Esta nova solução tem uma abordagem fundamentalmente diferente em relação aos LiDARs ópticos convencionais, que usam medições sequenciais para enviar luz laser em uma direção, fazer uma medição e, em seguida, passar para a próxima posição. Eles medem e adquirem o cenário circundante passo a passo.

“Uma vez que o mecanismo de varredura é o ponto fraco de um sistema LiDAR, a abordagem do XenomatiX tem sido eliminar o mecanismo de varredura, introduzindo a capacidade multifeixe, que envia milhares de feixes de laser ao mesmo tempo.” disse Geuens. “Esta é a verdadeira inovação da qual nos orgulhamos.”

Toda a cena pode ser detectada em “um flash” sem as restrições de curto alcance ou alta potência, com alcances além de 200 metros e consumo normal de energia. Além disso, ao contrário da digitalização de LiDARs, as nuvens de pontos de alta resolução não precisam de pós-tratamento para correção de espaço-tempo, permitindo uma taxa de quadros muito mais alta e fornecendo uma correção melhor.

Como resultado, o LiDAR da XenomatiX não precisa se mover muito rápido, como os sistemas ópticos convencionais de "apontar e medir". Como toda a cena é medida enviando todos os feixes ao mesmo tempo, sem realizar nenhuma varredura, o sistema tem mais tempo para processar a grade de alta resolução dos pontos de medição.

“Não precisamos do laser mais rápido, já que temos um LiDAR que funciona no modo de obturador global, o que significa que olha a cena inteira em uma única foto, em um único quadro”, disse Geuens. “Isso envolve alguns benefícios interessantes:nosso sistema não é afetado pelo desfoque de movimento e não precisamos de um driver de laser extremamente poderoso que pode enviar pulsos de nanossegundos.”

A abordagem adotada pelo XenomatiX é uma solução para varredura em movimento, pois remove o tempo de atraso causado pelos sensores de varredura conforme eles se movem em seu padrão de varredura. Na verdade, este conceito é adequado para aplicações automotivas, pois elimina a necessidade de compensar o movimento:todos os feixes são enviados exatamente ao mesmo tempo, adquirindo todos os pontos ao mesmo tempo por meio de um global obturador. A Figura 1 mostra o XenoLidar-X, uma solução autônoma sem partes móveis que pode ser usada tanto para condução autônoma quanto para aplicações industriais. Este projeto se mostra eficaz em todos os cenários onde a iluminação e as condições climáticas podem variar em grande grau. É a solução de estado sólido XenomatiX de última geração, com 15.000 feixes de laser que estamos projetando simultaneamente. Isso melhora a resolução para um nível de 0,15 ° horizontal e vertical, em linha com os requisitos de mercado mais exigentes de hoje.


Figura 1:XenoLidar-X (estado sólido)

Em seus LiDARs de estado sólido, o XenomatiX usa VCSELs (lasers de emissão de superfície de cavidade vertical), que são fontes de laser notoriamente de baixa potência que oferecem durabilidade e expectativa de vida muito boas, muito melhores do que os lasers de diodo tradicionais.

“Como temos mais tempo para medir, ainda podemos colocar energia suficiente nos feixes de laser para também fazer medições de longo alcance”, disse Geuens.

XenomatiX LiDARs são conhecidos como 6D LiDARs, o que significa que fornecem dois tipos de saídas com sobreposição perfeita. A primeira é uma nuvem de pontos, uma geometria 3D que inclui todos os pontos de laser detectados. A segunda é uma imagem visual de câmera 2D. Ele pode ser visto como um LiDAR com uma câmera inerentemente incorporada ou uma câmera com desempenho LiDAR e sem erro de paralaxe. A disponibilidade de dados redundantes permite a fusão de sensores, fornecendo informações complementares que apoiam fortemente as aplicações de segurança. O 6 th dimensão é a refletividade dos objetos, com base na quantidade de luz laser retornada.

“Nosso detector é um tipo especial de CMOS, é um pixel que projetamos nós mesmos. É como uma câmera CMOS capaz de operar em modo tridimensional, dando as coordenadas de cada ponto detectado ”, disse Geuens. “Também pode operar em modo bidimensional, proporcionando uma imagem visual. A imagem visual e a nuvem de pontos são enviadas para uma ECU central, onde são processadas para espaço livre ou detecção de objetos usando algoritmos de IA proprietários. ”

O XenomatiX o chama de IA quadridimensional, o que significa que realiza o reconhecimento de padrões em um espaço quadridimensional, onde as coordenadas x, y, z são combinadas com a intensidade do feixe de laser refletido. O sensor foi projetado para funcionar também como um detector no modo 2D quando o laser está desligado. Se o laser estiver ligado, o sistema pode usar os mesmos pixels para fazer medições 3D e gerar a nuvem de pontos tridimensionais. LiDARs de estado sólido também fornecem excelente confiabilidade, que é um fator chave em aplicações automotivas. O Tempo Médio entre Falhas (MTBF) é, de fato, muito bom devido à ausência de partes móveis, ao uso de VCSELs (que são lasers com longa vida útil) e ao amadurecimento da tecnologia CMOS.

Como mencionado anteriormente, uma vantagem oferecida pelos LiDARs que possuem partes móveis é o amplo campo de visão, que pode ser estendido para cobrir até 360 graus. Cabeças giratórias permitem olhar em todas as direções. Os XenomatiX LiDARs ainda podem atingir um amplo FOV combinando vários módulos para obter uma cobertura mais alta. Várias unidades LiDAR podem ser colocadas nos cantos do veículo para não haver zonas cegas.

Com um design flexível e modular, o XenomatiX pode oferecer um sensor pequeno, leve e preparado para o futuro para uma integração fácil. A empresa tem parcerias contínuas com fornecedores automotivos de Nível I, como AGC, Marelli, Kautex e outros para desenvolver uma solução LiDAR completa, personalizável, modular e flexível. Essas parcerias promoverão a integração de LiDARs no para-brisa, janela traseira, grade, farol, farol traseiro e para-choque do veículo.




>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Times Europe.




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