LiDAR代表“光探測和測距”，是一種用于測量物體距傳感設(shè)備的距離的技術(shù)。使用的原理與雷達(dá)（RADAR）非常相似，但使用LiDAR時，無線電波被光（通常是激光）代替。LiDAR系統(tǒng)發(fā)出的光束射到目標(biāo)上，然后被反射回靠近光源的傳感器。通過測量光傳播所需的時間并知道光的恒定速度，可以高精度地計(jì)算目標(biāo)的距離。這稱為飛行時間（ToF）。

LiDAR在汽車行業(yè)很有成效，尤其是在先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中，可用于障礙物檢測和避免碰撞以及自適應(yīng)巡航控制（ACC）和導(dǎo)航。但是，LiDAR技術(shù)的一個新的令人興奮的領(lǐng)域是 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）中的工業(yè)測距。

在此博客中，我們領(lǐng)先的LiDAR專家，智能感知部SensL分部應(yīng)用工程師Edel Cashman，分享了她在測距和硅光電倍增管（SiPM）技術(shù)的專知，并介紹了我們新的硅光電倍增管（SiPM）直接飛行時間（dToF） LiDAR平臺。

什么是測距儀？它為何是物聯(lián)網(wǎng)的一部分？

測距儀是深度測量系統(tǒng)，可用于涉及深度感知、物體探測和躲避以及位置映射的廣泛應(yīng)用。

LiDAR技術(shù)為測距帶來什么好處？

LiDAR具有高度可配置性，可以在各種環(huán)境和照明場景中使用，并且可以精確探測任何類型的固體物體。

直接飛行時間（dToF）的原理是什么？

所有LiDAR系統(tǒng)都使用光和“飛行時間”概念來測量距離。間接技術(shù)使用連續(xù)光和調(diào)制光與反射光之間的相位差或頻率差。在dToF系統(tǒng)中，脈沖激光提供了從表面反射并由傳感器探測到的光子。通過發(fā)出光子脈沖的激光與探測到光子脈沖的接收器之間的時間差可算出距離。通常使用時間到模擬或時間到數(shù)字轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)。通過使用FPGA實(shí)現(xiàn)時間到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，您可以準(zhǔn)確地記錄發(fā)射開始的時間，并測量從目標(biāo)物體反射后收到第一個探測到的返回光子的時間。對于遠(yuǎn)距離探測，高度敏感的光電檢測器必不可少。

為什么直接飛行時間（dToF）比間接飛行時間（iToF更適合IoT應(yīng)用？

iToF和dToF在測距方面均具有優(yōu)勢。 dToF在照明、探測和處理方面易于實(shí)現(xiàn)，并且計(jì)算時間很短。 dToF系統(tǒng)能夠區(qū)分視野（FoV）內(nèi)的多個對象，并且不會因相位周期而受距離模糊的影響。

與其他技術(shù)相比，SiPM有什么優(yōu)勢？

SiPM是高靈敏度光電探測器，具有低噪聲和快速響應(yīng)時間。 SiPM通過一次測量即可提供高度準(zhǔn)確的ToF和強(qiáng)度信息。安森美半導(dǎo)體的SiPM高度一致且成本低，非常適合大批量生產(chǎn)?；赟iPM的系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單、可靠且可擴(kuò)展。高近紅外（NIR）靈敏度意味著安森美半導(dǎo)體的SiPM可以設(shè)計(jì)成具有低成本批量生產(chǎn)激光二極管的系統(tǒng)，波長范圍850 nm至940 nm。

開發(fā)測距應(yīng)用有哪些挑戰(zhàn)？

開發(fā)測距應(yīng)用有許多挑戰(zhàn)。對于低功率應(yīng)用，光子預(yù)算可能有限。對于遠(yuǎn)距離系統(tǒng)，可以通過對相同的平均能量使用較短的激光脈沖寬度來優(yōu)化激光源-SiPM可以輕松探測到較短的脈沖寬度。多點(diǎn)測距將需要擴(kuò)增探測器的數(shù)量或在單點(diǎn)探測器上添加掃描（光束控制）機(jī)制– SiPM高帶寬和快速響應(yīng)時間可在掃描場景中實(shí)現(xiàn)高幀速率。

最小距離探測在測距儀設(shè)計(jì)中也可能是個挑戰(zhàn)。其他挑戰(zhàn)包括光學(xué)成本，以及在寬溫度范圍內(nèi)的激光一致性。

什么是工業(yè)測距？

SiPM dToF LiDAR平臺是單點(diǎn)測距開發(fā)套件，經(jīng)成本優(yōu)化用于在工業(yè)和消費(fèi)者應(yīng)用中大量部署。它提供一種簡單的方法在IoT應(yīng)用中實(shí)施直接深度感測和距離測量。該套件基于最新的RB系列硅光電倍增管（SiPM）探測器，這是一款近紅外（NIR）單光子敏感的高性能固態(tài)傳感器。

由安森美半導(dǎo)體開發(fā)并在我們的平臺中使用的RB系列SiPM傳感器采用緊湊、強(qiáng)固且對磁性不敏感的封裝，具有高（1x106）增益和高光子探測效率（在905 nm時為10％）。它以約30 V的極低偏置電壓實(shí)現(xiàn)高增益，且噪聲水平幾乎完全在單光子范圍內(nèi)。安森美半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)了微區(qū)之間的高度一致性，說明該傳感器能夠?qū)z測到的光子的精確數(shù)量區(qū)分為輸出節(jié)點(diǎn)處不同的離散水平。

RB系列SiPM

該參考套件的目標(biāo)距離在11厘米至23米之間。它含針對650至1050 nm信號優(yōu)化的平凸透鏡，及一個905 +/- 5nm帶通濾光片和905 nm激光二極管發(fā)射器。

該參考套件使用基于PC的圖形用戶接口（GUI， 已提供），開箱即用。它還含行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PMOD連接器，用于創(chuàng)建完整的方案，還可提供所需的電源。設(shè)計(jì)人員也可選擇由USB連接器為參考套件供電。用GUI能修改許多設(shè)置，從而使該平臺可用于廣泛的工業(yè)和IoT應(yīng)用。

審核編輯：郭婷