セキュリティ分野でのLiDARレーザーセンサー応用

ライダーレーザーセンサー 積極的にレーザー光を照射し、侵入対象物の距離、方位、速度、輪郭などの情報を高精度・高分解能で取得します。 都市安全保障や産業安全保障などの分野で広く活用されています。 この記事では、国内外の主要なセキュリティ LiDAR メーカーとその製品の技術仕様を簡単に紹介します。 さまざまなセキュリティ アプリケーションのニーズを組み合わせて、さまざまな技術システムにおける LIDAR の原理、特性、および現状について、測距方式、スキャン方法、光源の選択という 3 つの側面から議論します。 最後に、セキュリティ LIDAR のアプリケーションの傾向と開発の見通しを要約し、展望します。 消費者セキュリティ アプリケーションのニーズを満たすために、セキュリティ LIDAR は、低コスト、高性能、シリアル化、小型化、ソリッド ステート、チップ化、およびマルチソース統合の方向にさらに発展していきます。

科学技術の発展と安全意識の向上により、ますます安全性が向上しています。レーザーセンサー検出技術セキュリティ市場で使用されています。 従来のセキュリティ方法では、検出にアクティブおよびパッシブ センサーを使用し、音声モニタリング、ビデオ監視、赤外線警報、アクセス制御識別などのアプリケーションを実現します。 LiDAR (Light Detection and Ranging、LiDAR) は、アクティブな環境認識のためのインテリジェント センサーです。 従来のカメラやパッシブ赤外線検出技術と比較して、照明環境やターゲットの特性などの条件に制限されず、強力な耐干渉性を備えています。 レーザービーム技術と比較して、ターゲットの動的位置などの情報を提供でき、位置決めおよび追跡機能があり、柔軟性が高くなります。 ミリ波レーダーやマイクロ波レーダーなどの従来のレーダー技術と比べて動作波長が短く、目標の距離や速度などの情報を正確に取得できます。 ,高解像度。 LIDAR はセキュリティ分野で明らかな利点があり、幅広い応用シナリオがあり、都市のセキュリティと産業安全において重要な役割を果たしていることがわかります。 従来の測量レベルの LIDAR は通常、かさばって高価であるため、セキュリティ分野での大規模な推進や応用は制限されています。 軽量かつ低コストの LIDAR に対する市場の需要が高まっています。 さらに、セキュリティ分野の特殊性により、LIDAR ハードウェア設計、パフォーマンス指標、およびソフトウェア アルゴリズムに対していくつかの特別な要件があります。敏感な領域の周囲を保護するには、高い検出率と低い誤警報率が必要です。 ターゲット保護のための監視環境。その光源は隠蔽され、人間の目に安全である必要があります。 過酷な条件下で建物を保護するには、高レベルの保護を備えた安定性と信頼性が必要です。

セキュリティ分野の特別なニーズを満たすために、主要な LiDAR 技術の研究が深化し続けています。 異なる技術システムの LiDAR 間の主な違いは、測距方式、スキャン方法、光源の選択にあります。 これら 3 つの側面は、人間の目の安全性、検出性能、スキャン視野などの中核となるパラメーターを直接決定します。 低消費電力と小型化を実現する鍵となります。 消費者向けセキュリティ LIDAR の低コスト大量生産の鍵。 セキュリティ業界の将来の発展トレンドは、全方位および全天候型の「インテリジェントな識別-インテリジェントな早期警告-リアルタイム処理」であり、システムは高性能でありながら、よりインテリジェントで統合されている必要があります。 LIDAR 技術と人工知能やモバイル インターネットなどの技術を組み合わせることで、セキュリティ技術や製品の多様な開発を実現できます。

スマートセキュリティの「目」であるセキュリティライダーの優れた機能は、安全保護にあります。 まず第一に、侵入ターゲットを検出し、同時にセキュリティ警告を発することができます。 第二に、高いセキュリティレベルを備え、人間の目の安全性と光源の隠蔽のニーズを満たします。 最後に、高い保護レベルを備えており、過酷な環境でも安定して確実に動作します。 セキュリティ LIDAR は、距離、グレースケール、速度、角度などの検出した物理パラメータに基づいて、ターゲットの方向、距離、幅、深さをリアルタイムで計算でき、さまざまな種類のセキュリティ シナリオで使用されます。 たとえば、測距ライダーは産業安全検出や建物保護などの分野で使用して、ターゲットエリアを監視し、安全な距離の警告を実現できます。 スピードライダーを使用すると、スピード違反の交通車両を監視し、違反を正確に分類して交通の安全を確保できます。 安全性。 さらに、LIDAR は距離、角度、グレースケールなどの情報を使用してターゲットのイメージングを実現することができ、ターゲットの追跡や認識などの分野に適しています。 セキュリティ LIDAR は、境界保護、産業監視、侵入警告、文化遺物保護などの分野で広く使用されています。

図 1 アプリケーションシナリオ。 （a）周囲の保護、（b）産業監視、（c）侵入警告、（d）文化遺産の保護

近年、セキュリティライダーの急速な発展に伴い、屋内外の建物保護からインテリジェントな交通制御、対UAV（無人航空機、UAV）早期警戒など、その応用シナリオはますます広範囲になっています。さまざまなセキュリティ シナリオの侵入ターゲットに対して、セキュリティ LIDAR は高い検出率を備え、侵入ターゲットの属性を特定し、位置情報を特定し、タイムリーな警告を提供できます。 さまざまなセキュリティ シナリオでの検出ターゲットを表 1 に示します。セキュリティ アプリケーション シナリオでターゲットとされる侵入ターゲットは主に群衆であることがわかります。 したがって、セキュリティ LIDAR が光源の隠蔽と人間の目の安全性の要件をある程度満たす必要があります。 これにより、検出対象の秘密保護とセキュリティ監視が可能になります。 セキュリティ分野では、刻々と変化する複雑な環境に対応するため、インテグレーターやエンドカスタマーは認識効果や測位精度といった侵入ターゲットの検出精度、低い誤警報率や誤検知率に一層の注目を集めています。レート。 ただし、セキュリティ LIDAR の誤警報率と誤警報率に影響を与える重要な要素は、測定精度ではなく、セキュリティ LIDAR の安定した信頼性の高い耐干渉能力と保護能力です。 図2に示すように、複雑な森林シーンにおいて、侵入対象を検知するためにライダーを搭載したドローンを使用すると、作業環境の温度や湿度などの要因が複雑になり、判断ミスを招く可能性があります。 したがって、セキュリティライダーは、過酷な環境での通常の使用を保証するために、高い保護レベル、強力な干渉防止能力、および優れた環境適応性の特性を備えている必要があります。

図2 森林シナリオにおける侵入ターゲットを検知するためのセキュリティLiDARを搭載したドローン

従来の LIDAR は、高精度の工学測量や産業測量などの業界で主に使用されています。 測距精度はミリメートルレベルに達する場合がありますが、角度測定精度は通常 0 です。 001度以下。 マルチワイヤーハーネスのメカニカル構造を採用しています。 内部の可動部品が失われると、耐用年数が短くなり、メンテナンスコストが増加し、安定性が低下するため、セキュリティ分野での LIDAR の推進と応用が大幅に制限されます。 外国の主流のセキュリティ LIDAR 製品のうち、Flash はエリア アレイ フラッシュを意味し、OPA は光フェーズド アレイを意味し、ρ はターゲットの反射率を意味します。 従来のライダーと比較して、サイズが小さく、明らかなコストメリットがあり、安定性が高く、大量生産を促進するのが簡単です。 商用セキュリティ LIDAR の主流メーカーには、ドイツの SICK や日本の HOKUYO などがあります。 これらの企業のセキュリティ LIDAR 製品は、成熟した 2D 単線 LIDAR であり、産業分野で広く使用されており、セキュリティ市場の主流を占めています。 セキュリティ分野では、レーザーレーダーの測定精度に対する高い要求はありません。 測定精度は一般にセンチメートルレベルで、角度測定精度は約0.1度です。 近年、米国のQuanergy社やOuster社などが発売した高性能・低コストのソリッドステートLiDARは、LIDARスマートセキュリティ用途の分野において徐々に欠かせない製品となりつつあります。

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