什么是 LIDAR？

激光传感器，又称 LIDAR（光探测和测距），是增强各种安全功能的强大工具。这些传感器利用光脉冲测量距离，读数准确度高，细节丰富。

在基础设施安全方面，激光雷达充当着警戒卫的角色。它能生成设施的精 确三维地图，使安保人员能够识别潜在的漏洞并有效监控所有活动。激光雷达传感器提供的数据还有助于识别设施内任何未经授权的移动，从而增加一层强大的入侵检测能力。

在安全围栏方面，激光雷达传感器非常有用。通过识别物体的形状和距离，这些传感器可以检测到任何试图破坏围栏的行为，无论是攀爬、砍伐还是挖掘。只要检测到此类活动，就会触发警报，从而加强安全围栏系统并对可能的破坏行为提供实时响应。

LIDAR 传感器对周边保护也有很大贡献。它们在物业或设施周围形成一道隐形但高效的保护边界。任何在这个预定义区域内的人类运动或物体都会触发传感器。通过检测与移动物体的距离变化，传感器提供了一种可靠的解决方案，可以保持持续监控，并在检测到入侵时立即向安全部队发出警报。

在开放区域或需要额外安全保护的地方，激光雷达传感器提供了必不可少的支持。这些传感器能够在各种光线和天气条件下工作，确保不间断监控，而传统摄像头在弱光或恶劣天气下可能难以正常工作。

总而言之，激光雷达传感器是安全领域的革命性工具，可为基础设施、安全围栏和周边提供详细监控、准确的入侵检测和强大的保护。它们在现代安全系统中的作用是不可替代的，兼具准确性、多功能性和可靠性。

激光雷达的种类

目前市面上有不同种类的激光雷达，按驱动方式可分为机械式、MEMS、相控阵、泛光面阵式（FLASH）。

机械式

以Velodyne 2007年推出的64线雷达为例。它把64个激光器垂直堆叠在一起，以20rpm速度旋转。简单理解就是通过旋转将激光点变成线，通过64线堆叠将线转化为面，得到点云数据获取3D环境信息。

机械式结构需要复杂的机械结构，同时点云的测量又需要对安装进行精 确定位。考虑环境和老化的影响，平均的失效时间仅1000-3000小时，难以达到车厂最 低13000小时的要求。且由于LiDAR安装在车顶，民用领域需考虑外界养护的问题，如洗车的影响。因此机械式结构极大的限制了成本和应用推广。

MEMS

MEMS激光雷达利用微电子机械系统的技术驱动旋镜，反射激光束指向不同方向。

固态激光雷达的优点包括了：数据采集速度快，分辨率高，对于温度和振动的适应性强；通过波束控制，探测点（点云）可以任意分布，例如在高速公路主要扫描前方远处，对于侧面稀疏扫描但并不完全忽略，在十字路口加强侧面扫描。而只能匀速旋转的机械式激光雷达是无法执行这种精细操作的。

典型应用有法雷奥SCALA激光雷达。目前应用在奥迪A8(第 一款L3级的自动驾驶车辆)。安装在前保险杠位置，使用MEMS技术得到145°的扫描角度，80m的探测距离。

图5 奥迪A8的激光雷达

相控阵（OPA）

光相控阵雷达原理：主要利用光的干涉原理。可以通过改变不同缝中入射光线的相位差即可改变光栅衍射后中央明纹（主瓣）的位置，如下图所示。

图6 相控阵雷达的原理

相控阵（OPA）的优缺点

优点：

①结构简单、尺寸小：由于不需要旋转部件，可以大大压缩雷达的结构和尺寸，提高使用寿命，并降低成本。

②标定简单：机械式激光雷达由于光学结构固定，适配不同车辆往往需要精密调节其位置和角度，固态激光雷达可以通过软件进行调节，大大降低了标定的难度。

③扫描速度快：不用受制于机械旋转的速度和精度，光学相控阵的扫描速度取决于所用材料的电子学特性，一般都可以达到MHz量级。

④扫描精度高：光学相控阵的扫描精度取决于控制电信号的精度，可以达到千分之一度量级以上。

⑤可控性好：光学相控阵的光束指向完全由电信号控制，在允许的角度范围内可以做到任意指向，可以在重点区域进行高密度的扫描。

⑥多目标监控：一个相控阵面可以分割为多个小模块，每个模块分开控制即可同时锁定监控多个目标。

缺点：

①扫描角度有限：调节相位最多只能让中央明纹改变约±60°，实际做到360°采集的话一般需要6个。

②旁瓣问题：光栅衍射除了中央明纹外还会形成其他明纹，这一问题会让激光在最 大功率方向以外形成旁瓣，分散激光的能量。

③加工难度高：光学相控阵要求阵列单元尺寸必须不大于半个波长，一般目前激光雷达的工作波长均在1微米左右，故阵列单元的尺寸必须不大于500nm。而且阵列密度越高，能量也越集中，这都提高了对加工精度的要求，需要一定的技术突破。

④接收面大、信噪比差：传统机械雷达只需要很小的接收窗口，但固态激光雷达却需要一整个接收面，因此会引入较多的环境光噪声，增加了扫描解析的难度。

泛光面阵式（FLASH）

泛光面阵式的原理类似TOF相机，也就是快闪，它不像MEMS或OPA的方案会去进行扫描，而是短时间直接发射出一大片覆盖探测区域的激光，再以高度灵敏的接收器，来完成对环境周围图像的绘制。它运行起来更像摄像头。激光束会直接向各个方向漫射，因此只要一次快闪就能照亮整个场景。随后，系统会利用微型传感器阵列采集不同方向反射回来的激光束。

图7 泛光式激光雷达

Flash LiDAR 的一大优势是它能快速记录整个场景，避免了扫描过程中目标或激光雷达移动带来的各种麻烦。当前的发展方向有2个，一种是盖格模式APD的单光子计数型直接对光子计数生成数字图像；一种是传统的CMOS光强模拟采集得到强度图，将强度图转化为距离信息。

全固态激光雷达主要分为微机械镜（MEMS）、泛光（Flash）和光学相控阵（Optical Phased Array, OPA）3种类型（因为MEMS是在芯片上的微机械振动，所以也存在不将MEMS激光雷达归为全固态激光雷达的说法）。MEMS激光雷达的缺点主要是扫描角度较小、扫描精度难以控制，与之相比，OPA激光雷达具有更大的扫描角度、更快的扫描速度和更高的扫描精度。泛光激光雷达的缺点主要是测量距离近（一般不到30米），与之相比，OPA激光雷达具有更集中的激光能量和更远的测量距离。此外，OPA可集成于互补金属氧化物半导体（CMOS）平台，形成光电互联的片上系统。因此，OPA固态激光雷达被看作是“最有前途”的全固态激光雷达，将使机器具有更优异的视觉性能，可谓是帮助人类更便捷地探索三维世界的“智慧之眼”。

Blickfeld QbProtect 是第 一款智能 LiDAR，借助分析软件、标准接口和设备上的 Web GUI，可提供有关未经授权进入的直接可用结果。物体尺寸检测可实现极低的误报率。

LiDAR 专家 Blickfeld 推出了“Blickfeld QbProtect”，这是一款专为安全应用而设计的 3D LiDAR 传感器。Blickfeld QbProtect 配备用于区域、围栏和外墙监控的设备内置软件，无需额外的计算机即可处理未经授权进入安全区域的数据，并以常见的数据格式提供可直接使用的结果。Blickfeld QbProtect 可确保在各种天气和光照条件下可靠地检测物体，从而实现极低的误报率和更高的安全性。该传感器可以轻松安装，无缝集成到标准化安全系统中，并通过直观的图形用户界面进行配置。

基于物体大小的警报生成

Blickfeld 的 3D LiDAR 技术每秒使用数十万个激光脉冲扫描周围环境，并通过集成软件生成精 确而详细的 3D 点云。通过基于浏览器的图形用户界面 (web GUI) 中的 3D 查看器，用户可以显示点云，并使用拖放功能轻松定义、调整和放置安全区域。此外，他们还可以设置进入区域时触发警报的物体大小。此功能通过将小动物或植被排除在安全警告之外，可显著减少误报。收集的数据是匿名的，因此符合数据保护法规。

可定制的报警逻辑

通过 Blickfeld QbProtect 的 Web GUI，只需使用简单的拖放方法，即可轻松调整警报触发条件。用户可以选择使用经过测试的警报触发预设，并根据需要直观地修改各个步骤和条件。这种灵活性允许定制安全解决方案，而无需编程工作。

结构坚固，安装简便

Blickfeld QbProtect 的设置非常简单。由于设备自带软件，无需外部计算机即可进行数据分析，数据和电力传输通过同一条电缆（以太网供电），因此电缆需求被降到最 低。该硬件基于 Blickfeld 的智能激光雷达“Qb2”，采用固态设计，无机械旋转部件，外壳防尘防水等级达到 IP67。这使得 Blickfeld QbProtect 坚固耐用，维护成本低。

安全活动：Blickfeld 推出用于高可靠性物体检测的新型 3D LiDAR

LiDAR 公司 Blickfeld 将在伯明翰安全活动上现场展示其用于最苛刻的周边防护的新型安全 3D LiDAR“Blickfeld QbProtect”。

总部位于慕尼黑的激光雷达 (LiDAR) 专家 Blickfeld 将在安防活动上展示其用于周界防护的新型 3D LiDAR 传感器 Blickfeld QbProtect。国际安防行业会议将于 2024 年 4 月 30 日至 5 月 2 日在英国伯明翰 NEC 展览中心举行。Blickfeld 将在其展位 5/M107 现场演示 QbProtect 如何检测进入安全区域的物体并根据物体的大小触发警报。这种基于尺寸的警报生成方式可显著降低误报率，并将安全性提升到前所未有的水平。

Blickfeld QbProtect 的主要优点包括：

l  高度可靠的物体检测，无论物体的大小、速度或颜色如何，即使在黑暗、雨天和雪天。

l  基于物体大小的警报生成：设置触发警报的物体大小。

l  集成软件以通用数据格式直接向入侵检测系统等安全系统提供结果。

l  坚固的设计：外壳符合 IP67 标准，防尘防水。

l  易于安装：由于设备上有软件，不需要外部计算机进行数据分析；数据和电力通过以太网供电传输。

l  由于接口相同、结构坚固，并且通过视觉反馈进行传感器校准，因此操作起来像相机一样简单。通过 Web GUI，用户可以使用拖放功能轻松定义、调整和放置安全区域。

Blickfeld 安全解决方案主管 Andreas Bollu 表示：“借助 Blickfeld QbProtect，发电厂、机场和其他关键基础设施的集成商和安全管理人员可以获得极为可靠的保护，防止未经授权的入侵。QbProtect 的设计非常独特：它使用先进的激光和半导体技术捕获安全区域并提供精 确的 3D 数据。这些数据使用专门针对设备上的周边安全优化的软件进行分析，并通过标准接口无延迟地传输到视频管理系统或入侵检测系统。这使得 QbProtect 成为一种与传统摄像机一样易于操作的技术，并显著增强了对高安全性对象的保护。”