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最佳防护——激光雷达在安防监控中应用

最佳防护——激光雷达在安防监控中应用

原创:苏州索亚机器人技术有限公司

相关概念

安防监控:安防监控系统是应用光纤、同轴电缆或微波在其闭合的环路内传输视频信号,并从摄像到图像显示和记录构成独立完整的系统。它能实时、形象、真实地反映被监控对象,不但极大地延长了人眼的观察距离,而且扩大了人眼的机能,它可以在恶劣的环境下代替人工进行长时间监视,让人能够看到被监视现场的实际发生的一切情况,并通过录像机记录下来。同时报警系统设备对非法入侵进行报警,产生的报警信号输入报警主机,报警主机触发监控系统录像并记录。

激光雷达:激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲,与微波雷达没有根本的区别:向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。

工作在红外和可见光波段的,以激光为工作光束的雷达称为激光雷达。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成,激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去,光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲,送到显示器。

随着安防监控设备不断向先进技术融合向前发展,激光雷达设备被作为安防监控领域的一大新起之秀,在这一行业发挥着它独特的优势。

激光雷达+安防监控背景

随着安防监控领域的快速发展,安防监控系统越来越向多功能化、集成化、智能化发展,安防监控的设备也在不断更新之中,传统的单一摄像头模式已经无法完全满足安防环境越来越复杂化、多样化、多功能化的要求。在这一形势下,激光雷达的加入,为安防监控行业提供了新的解决方案和功能补充。相对于传统的安防监控系统来说,基于激光雷达的安防监控方案在满足客户基础的安全防护监控、报警功能的同时,更能够提升客户的深层次需求。激光雷达在安防监控领域逐步显现出独特、巨大的优势。

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图1:传统安防监控系统

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图2:安防激光雷达、摄像头、报警器多手段协同

激光雷达+安防监控优势

近年来,激光雷达技术飞速发展,从简单的激光测距技术,逐步发展出激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术。其工作环境也从最开始的可见光区域(红宝石激光器),发展到近红外区(Nd:YAG激光器),再之后是红外区域(CO2激光器),而现在很多激光雷达工作是在对人眼无害的近红外区域。由此涌现了许多不同用途的激光雷达,如精密跟踪激光雷达、侦测激光雷达、水下激光雷达等,从而使激光雷达成为一类具有多种功能的系统。激光雷达由于其激光安全、精度高、识别障碍时间迅速等特点,被广泛应用于无人驾驶、AGV智能小车、机器人运动、无人机测绘、安防监控等多领域。激光雷达运用在安防监控领域具有以下优势:

一、抗干扰

激光雷达由于采用扫描器主动发射监控激光脉冲的工作方式,不借助环境光,无需额外增加光源补光,无论是白天黑夜的光线变化都可稳定监控。同时集成各种抗环境干扰软硬件措施,在恶劣室外环境下能可靠监测。

二、便捷

不依靠生物体远红外感应,即可检测人体也可检测普通物体,即使入侵者采用红外屏蔽服也能可靠检测。且其能精确区分禁止侵入的监控区域和允许进入的开放区域(减少开放区域人员活动的干扰)。相对漏波电缆(埋地电缆),体积小巧,可以安装于任意位置,方便安装。单个传感器可防护大片区域。尺寸小巧,便于隐蔽安装及减少安装工作量。监控区域的形状可以由用户灵活设置。在工作模式下也能很方便的切换监控区域形状等参数设置

三、精确

激光雷达使用的是激光束,在工作频率上较微波高了许多,且极高的分辨率,既可检测移动物体也可检测静止物体。同时能够设置多个独立监控区域,多路独立输出用于不同监控目的。当检测到入侵者时,可提供准确的位置信息,结合视频系统实时追踪聚焦。

激光雷达+安防监控应用

据麦姆斯咨询报道,激光雷达(LiDAR)传感器与智能传感解决方案全球领导者Quanergy Systems2019年7月份宣布,该公司专有的LiDAR周界安防系统QORTEX DTC™(检测、跟踪、分类)解决方案将用于保护韩国的一处大型安防设施。此次安装包含大规模部署LiDAR传感器和软件许可证,进一步巩固Quanergy在亚太地区的领先地位。

对于此次安装,Quanergy正与系统集成商iCent合作,共同部署这项技术,并开发最有效符合设施需求的重要的安防解决方案。除本项目之外,Quanergy将与iCent继续合作,让Quanergy的创新安防解决方案遍布整个韩国。

国内北醒(北京)光子科技有限公司也将激光雷达产品对准了安防监控市场。北醒安防系列激光雷达结合自身技术优势及多领域落地经验,利用ToF(时间飞行)探测原理,为防护区域形成一堵“无形的激光城墙”。

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图3:北醒安防激光雷达横向安装示意图

激光雷达+安防监控市场前景

近几年,在制造业转型升级的大背景下,智能机器人、无人机、无人驾驶等已成为全球科技领域重点投资方向,被认为未来科技变革的风口,它们现在也都已在安防领域得到应用。对于这些智能科技来说,激光雷达就相当于“眼睛”,如果没有激光雷达,就无法感知周围环境,也无法对环境变化做出相应反应。因此,在这股智能科技快速发展的浪潮下,激光雷达将进一步加快民用化进程,以能在安防领域稳固落地。未来激光雷达将可以用在所有涉及环境感知的智能设备上,或将成为全球科技企业争相抢占的下一个高地。据高盛数据统计,2020年全球激光雷达市场规模将达到120亿元,2025年达700亿元。可以预见,激光雷达将成为一个新的蓝海市场。

从目前来看,激光雷达在安防领域具有很好的发展前景,但尚未形成规模化生产,价格也是居高不下,因而普及率并不是很高。且从全球范围来看,除了老牌的激光雷达企业以外,更多的初创企业还处于技术研发阶段,更别说让激光雷达在安防市场中占据一席之地。目前激光雷达产业正处于爆发前夕,谁能够率先突破技术桎梏,谁就能掌握主动权。市场看似光鲜,实则竞争依旧。

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图4:激光雷达在周界安防的应用领域图片

ouster激光雷达关注安防监控领域

根据麦姆斯咨询介绍,激光雷达创新开发商Ouster在2019年的芝加哥安防展(GSX)上展示了其OS-1-64激光雷达和物体跟踪传感器。

“基于光速传播,我们可以准确地探测物体的距离,凭借每秒130万个数据点,我们的激光雷达可以实现极高分辨率的环境3D地图。此外,跟普通高清摄像头不同,激光雷达无论白天还是夜晚都能正常工作。”Ouster市场总监Derek Frome介绍说。

据Frome介绍,Ouster凭借其OS-1-64激光雷达传感器而获得了2019年度GSX创新产品奖。这款OS-1-64传感器与其他供应商的产品区别,主要在于其提供的高分辨率(64通道)。

“64通道激光雷达传感器获得的3D点云图更容易识别物体,”Frome说,“我们可以在很远的距离识别人、动物、车辆或是其他任何物体。当然,高性能的另一面,就是价格。我们面向市场提供了非常激进的价格,这才使我们的产品可以被考虑用于安防等应用。对于安防等应用,高达数万美元的传感器在成本分析中很容易就被抛弃了。我们的16通道激光雷达传感器单价为3500美元,而64通道传感器单价为12,000美元。而且,很显然,大批量订购我们还可以提供有竞争力的折扣价。”

Frome表示,Ousters的创始人意识到高分辨率激光雷达需要从传统的模拟组件供应链过渡到基于半导体的供应链,才能在自动驾驶汽车和其他应用中找到市场,因此,着手开发了世界上第一款数字激光雷达传感器。

他解释说:“这实际上便是我们一直在努力的方向,我们推出的产品原本需要采用成千上万个组件的模拟器件,我们最后将其精简为两个集成的半导体芯片。一个芯片上为激光阵列,另一个芯片上是被称为SPAD(单光子雪崩二极管)的接收器,它是一种类似于数字摄影的CMOS传感器。”

“这是一项截然不同的技术,一条完全不同的供应链,这才使我们得以提供真正的高性能。”Frome继续说道,“与英特尔等芯片厂商遵循的摩尔定律类似,在2018年我们推出了具有64行分辨率的OS-1-64,今年我们就推出了全新的128通道传感器。这种趋势将继续发展很多年,直到我们有了可以真正称为高清(HD)的激光雷达,这将对许多不同的行业产生巨大的吸引力,包括安防领域。”

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图5:ouster激光雷达OS-1-64

激光雷达在安防监控领域有其独特的魅力与优势,但仅仅依靠一种技术完成安防监控系统是不可能的,在未来激光雷达必将与相机、GPS、移动巡检机器人等多行业技术融合,不断创新安防监控技术,共同完善智能安防监控系统。在今后时间里,ouster激光雷达将在安防监控领域发挥它独特作用。

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