3D LiDAR Social Distancing Solutions to Restart the Economy
專門從事雷射雷達 3D 檢測的光電子公司 Quanergy，開發了一種系統，該系統可以監視空間中的人員流動，以防止人滿為患，並強制執行佔用限制。該系統甚至可以追蹤體溫高的人。
該公司的 Qortex Flow Management 平台，獲得了 2020 年大流行技術創新獎。隨著 Covid-19 的全球熱潮，Quanergy 對其平台進行了修改，以提供可靠的解決方案來實現社交隔離，這仍然是控制病毒傳播的最有效策略。
雷射雷達（LiF）是一種飛行時間（ToF）感測技術，它以低功率向雷射脈衝，並測量完成感測器與目標之間，往返所需的時間。
Quanergy 首席行銷官 Enzo Signore 說：「透過測量發射光與接收光之間的時間，您可以即時測量物體的距離。」當雷射雷達感測器垂直和水平發射光時，收集的數據將用於生成 3D 圖像，同時提供空間位置和深度資訊，以辨識、分類和跟蹤運動對象。
「 Quanergy 的策略最初專注於為自動駕駛汽車，提供基於雷射雷達的解決方案。透過與許多客戶合作，我們發現雷射雷達技術，正在以更快的速度被其他市場吸收，而不僅僅是汽車領域。特別是透過基於 3D 無人機的製圖業務，智慧城市、智慧空間、安全性和工業市場。
因此，在過去的幾年中，我們擴展了產品策略，為其他市場開發產品和解決方案。而現在，隨著快速的市場採用，我們看到了該策略的好處。現在，Quanergy 處於非常有利的地位，不僅可以提供硬體感測器，還可以提供軟體平台，以支持市場可以迅速採用的許多複雜應用。」 Signore 說。
在安全性方面，與基於攝影機的系統相比，雷射雷達技術顯著減少了誤報，使每個覆蓋區域的成本降低了五倍以上，並且準確性大大提高。增強的操作智慧，使你可以根據空間佔用和流量調節，來管理社交距離。
雷射雷達技術
雷射雷達背後的原理是基本的，但是建構雷射雷達系統並不一定很簡單。工程師用來計算距離的公式是：物體的距離=（光速x飛行時間）/ 2。雷射雷達測量用於計算行進距離的飛行時間。然後將行進的距離轉換為高程。這些測量是透過使用飛機雷射雷達系統的關鍵組件進行的，包括辨識光能的 X，Y，Z 位置的 GPS，和提供飛機在空中方向的內部測量單位（IMU） 。
複雜因素之一是發射的光，可以在不同的方向上反射。看著一棵樹，有些光子將被樹枝反射，而另一些光子將繼續穿過地面，並從地面反射 — 一個光脈衝有可能甚至多次反射。雷射雷達感測器測量的是波形或光能分佈。
從本質上講，它與雷達技術非常相似。兩者都使用速度，角度和範圍等參數。當然，雷達使用無線電波代替光。雷射雷達可以提供 3D 圖像，從而以完整的方式創建周圍的世界。
與攝影機不同，雷射雷達不會提供任何隱私風險。 Signore 說：「沒有隱私資訊侵犯，因為沒有臉部辨識。」
雷射雷達系統的硬體，主要由發射器和接收器，以及一個點雲組成，該點雲從掃描的環境中辨識出一組數據，以及諸如建築物、樹木，和其他永久性結構之類的固定對象。可以由軟體系統轉換的數據集，以創建給定區域的基於雷射雷達的 3D 圖像。
辨識參數是視場，定義為感測器所覆蓋的角度（以度為單位）。通常，在水平和垂直視場中測量雷射雷達感測器的性能。
在雷射雷達中要考慮的另一個因素，是目標的反射率。雷射雷達技術反射光，某些目標比其他目標反射更好，更易於檢測。白色表面比黑色表面反射更多的光。因此，後者很難檢測。鏡向特定方向反射，該方向可能不是感測器的方向。與將物體的入射光，分散到各個方向的其他物體不同。
交通標誌和牌照之類的目標，將很大一部分光反射到接收器，並且雷射雷達感測器的良好目標。 由於這些差異，LiDAR 感測器的實際性能和最大有效範圍，可能會根據目標的表面反射率而變化（圖1）。
圖1：Quanergy 雷射雷達技術。
「我們為市場帶來了許多獨特的價值主張。第一個是關於點雲的準確性和豐富性。都是關於數據的。因此，Quanergy 提供比大多數其他解決方案，更好的關鍵特徵之一，就是我們可以生成非常豐富的 3D 點雲。例如，使用我們的產品，我們每秒可以收集多達 130 萬個脈衝。這為我們周圍的世界，創造了非常豐富的 3D 影像。」 Signore 說。
他繼續說：「第二個主要區別在於感知軟體。擁有點雲很重要。但是，更重要的是如何解釋感測器在看什麼，並加以理解。因此，借助我們稱為 Qortex 的感知軟體，我們現在可以解釋感測器周圍的物體。例如，我們可以看到人、車輛、背景，然後我們可以計算出視野中有多少人，不僅是 XYZ 位置，還包括他們移動的速度和方向。
感測器可以確定你和我之間的距離，並告訴我們是否在一米半兩米的距離內。因此，我們也可以將這些資訊用於社交距離應用。根據應用類型的不同，我們可以提供 95％ 到 98％ 的準確度，而與光照條件無關，它可以在一個完美的漆黑的夜晚，也可以在一個晴天。
解決方案的總成本，還有另一個根本區別。例如，在我們的 M 系列產品中，我們可以看到並分類物體，其準確度高達 95％，最遠可達 70 米。因此，使用一個感測器可以覆蓋 15,000 平方米。您將需要 100 多個攝影機才能覆蓋同一區域。」西格諾說。
Quanergy 提供硬體感測器，例如 M 和 S 系列。 M 系列雷射雷達感測器用於製圖、安全、智慧城市和智慧空間應用。S 系列是基於光相控陣（OPA）技術的真正的 100％ 固態雷射雷達，具有抗振動能力，並且平均故障間隔時間（MTBF）超過 100,000 小時。此外，經濟且可擴展的 CMOS 矽工藝，可實現極具成本效益的批量生產。
Qortex 平台
具有 LiDAR 感測器和 AI（人工智慧）技術的 Quanergy 的 Qortex 流量管理平台，可為人員計數、物體檢測、分類、跟蹤、監視、社交距離等，提供即時分析。
該平台與熱像儀整合在一起，可以辨識和跟蹤體溫較高的人。 由於不需要註冊，因此可以保證對隱私的保護，並且不存在洩露個人身份資訊的風險。 該解決方案可用於監視公司、零售店、機場、工廠，配送中心和公共交通中的社交距離。
每個應用領域，都有其自身的複雜性和技術挑戰。 你需要確保有足夠的感測器，來覆蓋整個視野，而且還要繞過遮擋物，例如遮擋視場的圓柱，或其他復雜的環境建築元素（圖2）。
圖2：M系列量子能
正在申請專利的 Qortex People Counter 平台，基於 Qortex 感知軟體和 S3-2 固態雷射雷達感測器。這種整合的軟體/硬體解決方案，結合了機器學習和 3D 感知算法，可掃描感測器的視野，分析雷射雷達 S3-2 點雲，並提供有關即時檢測到的人員的匿名數據。 S3-2 系列雷射雷達感測器，使用 SensorFusion 技術，來實現精確計數。
Qortex DTC（檢測、跟蹤、分類）是 Quanergy 平台的大腦，可進行即時監控，生成大量數據，包括位置、方向、速度和被檢測物體的類型。透過其API、最終用戶、系統整合商和應用 APP 開發人員，可以建構功能強大的分析和商業智慧工具，以監視和自動化流程。
雷射雷達技術，可以成為強加社交隔離的一種方式。當人與人之間的距離小於建議的距離，或某個地區的人數超過一定限制時，將發出警告並可以派遣員工。該解決方案還可以與熱像儀整合在一起，以辨識人體溫度，同時保持隱私。該解決方案也可以在體育場內使用，因為在如此緊張的時期，重新向公眾開放體育賽事，可能會改善人們的情緒。
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