激光匹配
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時(shí)間：2021-12-11
激光匹配的實(shí)例教程
三維重建技術(shù)分類如下圖所示
三維重建技術(shù)分類
目前三維重建方法較多，但主要聚焦在激光和視覺，因?yàn)槎吣茌敵鲚^出色的重建效果，激光和視覺重建的效果又有一些差異：
激光重建精度較高，不受光線影響，但是不具有顏色屬性。
視覺重建精度一般，具有顏色屬性，但效果易受光線影響。
無論是激光和是視覺做三維重建都需要做特征匹配，但是匹配都不能保證精度足夠，在一些特征不好的時(shí)候，建圖的效果較差，所以一般會(huì)加入IMU做匹配約
束，IMU傳感器能智能地融合多軸陀螺儀和加速度計(jì)，即只用內(nèi)部傳感器就可以得到測量數(shù)據(jù)，而不需要任何外界幫助，提供可靠的位置和運(yùn)動(dòng)識(shí)別。
IMU在三維重建中采用的方法一般是通過卡爾曼濾波器或者優(yōu)化的預(yù)積分模型進(jìn)行對(duì)匹配進(jìn)行相對(duì)約束，能大大提升匹配的精度和魯棒性。
基于濾波的IMU融合框架如下圖所示
基于濾波的IMU融合
基于優(yōu)化的IMU融合如下圖所示
基于優(yōu)化的IMU融合
兩種融合方式都有其應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，基于濾波的計(jì)算量小，基于優(yōu)化的計(jì)算兩較大，精度一般高于濾波方法。
激光三維重建的匹配原理如下圖所示
激光三維重建過程
激光匹配的本質(zhì)就是對(duì)應(yīng)點(diǎn)關(guān)聯(lián)，做剛體變換完成，典型算法是ICP,NDT。
激光匹配的對(duì)應(yīng)點(diǎn)關(guān)聯(lián)
視覺三維重建的匹配原理如下圖所示
視覺三維重建過程
視覺匹配的本質(zhì)就是利用多幀圖像的共視關(guān)系恢復(fù)目標(biāo)的三維結(jié)構(gòu)，典型方法就是BA。
展開 莊昌輝指出，高精度高效率的自動(dòng)化對(duì)位加工、光斑調(diào)制以及與激光相匹配的材料研發(fā)是激光巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)研發(fā)中的三大瓶頸。
為克服這些技術(shù)挑戰(zhàn)，大族半導(dǎo)體通過自主研發(fā)與全球最優(yōu)解決方案相結(jié)合的方式，與膠材供應(yīng)商和終端客戶緊密合作，共同商討目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)方案。通過分析方案的合理性和經(jīng)濟(jì)性，形成協(xié)同效應(yīng)，不斷迭代技術(shù)，推動(dòng)了激光巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的不斷進(jìn)步。
“激光巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)加持下的Micro LED已經(jīng)越來越接近量產(chǎn)，正在加速M(fèi)icro LED的商業(yè)化。”莊昌輝告訴CINNO。
緊抓Micro LED應(yīng)用崛起機(jī)遇
目前大族半導(dǎo)體已經(jīng)基本完成包括激光巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)、激光剝離技術(shù)、激光鍵合技術(shù)、激光修復(fù)技術(shù)等全制程激光加工設(shè)備的布局，覆蓋了COG、MIP封裝制程，并在大屏商顯、車載、AR等多個(gè)應(yīng)用場景中不但有相關(guān)設(shè)備出貨，而且能夠與客戶緊密配合，提供創(chuàng)新性的解決方案。
根據(jù)CINNO Research的預(yù)測數(shù)據(jù)，Micro LED市場在未來幾年將迎來快速增長。2024年，全球Micro LED顯示的出貨量預(yù)計(jì)將達(dá)到96萬臺(tái)，其中XR市場將成為重要的起始市場，預(yù)計(jì)出貨70萬臺(tái)。至2030年，全球Micro LED顯示的出貨量有望達(dá)到1.3億臺(tái)。這一數(shù)據(jù)充分表明了Micro LED技術(shù)在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的廣闊前景和市場潛力。
現(xiàn)階段Micro LED相對(duì)清晰的應(yīng)用領(lǐng)域是MIP封裝技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)Mini LED商顯的取代，COG在大屏顯示、車載市場的導(dǎo)入，以及AR市場的逐步擴(kuò)張。莊昌輝認(rèn)為：“隨著這幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的打開，Micro LED的成本將快速下降，帶來產(chǎn)品競爭力的提升，進(jìn)而對(duì)其他應(yīng)用領(lǐng)域逐步滲透。”
隨著Micro LED的應(yīng)用機(jī)遇襲來，莊昌輝告訴CINNO：“大族半導(dǎo)體將繼續(xù)在技術(shù)研發(fā)、設(shè)備優(yōu)化和市場布局方面持續(xù)投入，保持創(chuàng)新和競爭力。
展開 “軍工訂單的爆發(fā)主要跟激光增材設(shè)備的預(yù)研到批產(chǎn)有關(guān)系，現(xiàn)在陸續(xù)有一些型號(hào)的設(shè)備已經(jīng)開始批產(chǎn)了（批產(chǎn)指生產(chǎn)幾千件的量級(jí)），所以客觀上他們需要有一定的生產(chǎn)能力去滿足型號(hào)的任務(wù)。而模具實(shí)際上有比軍工更為宏偉的一些訂單，也是因?yàn)檎麄€(gè)技術(shù)的發(fā)展被行業(yè)所接受。技術(shù)以及成本在逐步的優(yōu)化，導(dǎo)致需求端開始爆發(fā)。” 郭天文補(bǔ)充道。
△易加三維3D打印的金屬鞋底模具
實(shí)際上，本次展會(huì)上易加三維除了發(fā)布兩臺(tái)金屬3D打印機(jī)之外，還發(fā)布了一款SLS激光燒結(jié)設(shè)備—P420，這款設(shè)備和之前的設(shè)備比有什么不一樣的地方？
△易加三維新發(fā)布的SLS選擇性激光燒結(jié)設(shè)備EP-P420
郭天文表示：“易加三維嫁接了很多金屬機(jī)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)到這個(gè)非金屬打印裝備上。
●首先對(duì)整個(gè)溫控的系統(tǒng)做了優(yōu)化，現(xiàn)在P420可以做到全幅面整體波動(dòng)在1度以內(nèi)。
●然后設(shè)備的溫度的上限也提高了，能夠達(dá)到260℃，所以市面上大多數(shù)的高分子材料都可以做。
●在打印速度方面，P420可以匹配光纖激光器，也可以匹配常規(guī)激光器，可以在精度和速度上做優(yōu)化。我們也開發(fā)了相應(yīng)的工藝，可以顯著地提升打印效率。”
△易加三維杭州中心大樓建設(shè)規(guī)劃圖
在公司發(fā)展層面，南極熊了解到，易加三維正在杭州建設(shè)自己的新大樓。郭天文表示：“易加三維將來的規(guī)劃是北京和杭州雙中心模式，北京打造成研發(fā)中心和國內(nèi)銷售中心，杭州的規(guī)劃是裝備生產(chǎn)和國際市場中心。在這樣的規(guī)劃下，易加三維會(huì)按照今后5年裝備生產(chǎn)的需求，設(shè)計(jì)好廠房。預(yù)計(jì)第一期可以滿足我們未來至少5年的場地需要，大概是在2萬平米左右。一期正式投入使用預(yù)計(jì)在明年的6月。”
【2000張高清照片】5月26日-28日TCT 3D打印大會(huì)，技術(shù)、設(shè)備、材料、軟件、應(yīng)用全面報(bào)道，請進(jìn)入微信小程序2021TCT 3D打印大會(huì)現(xiàn)場報(bào)道·南極熊 。
展開 像散是激光束的一種固有光學(xué)特性，表現(xiàn)為光束在 X、Y 兩個(gè)正交方向上的聚焦點(diǎn)不重合，而模式像散轉(zhuǎn)換器通過精密設(shè)計(jì)的光學(xué)結(jié)構(gòu)（如特殊柱面鏡組、相位調(diào)制元件、光纖光柵等），可定量調(diào)控激光的像散量與像散方向：既能校正激光自身的像散缺陷，也能主動(dòng)引入可控像散，讓激光束從 “非對(duì)稱形態(tài)” 轉(zhuǎn)化為 “對(duì)稱形態(tài)”，或從單一模式切換為目標(biāo)模式。如果把激光束比作一條 “水流”，普通激光的像散就像水流在左右和前后方向的流速、寬度不一致，而模式像散轉(zhuǎn)換器就像一套精密的 “河道整形器”—— 既能把歪歪扭扭的水流調(diào)得筆直均勻，也能按需求把水流塑造成特定形狀，讓激光精準(zhǔn)匹配后續(xù)的使用場景。
利用模式像散轉(zhuǎn)換器件可以將光纖激光輸出的橢圓光斑（帶固有像散）轉(zhuǎn)化為圓形高斯光斑，解決高功率激光加工中光斑能量分布不均的問題；它還可以消除超快激光、半導(dǎo)體激光在傳輸過程中產(chǎn)生的像散，保證激光聚焦精度，提升光刻、激光切割的加工質(zhì)量；利用模式像散轉(zhuǎn)換器根據(jù)需求生成特定像散的激光模式，滿足光通信、量子光學(xué)、激光雷達(dá)等前沿領(lǐng)域的特殊光路要求。
像散轉(zhuǎn)換器的核心組件是柱透鏡，它是只有一個(gè)方向有曲率，在另一個(gè)方向完全平直的鏡片--就像把圓柱形玻璃切了一片，只在 “母線方向” 具備聚焦 / 發(fā)散能力，另一方向?qū)饩€ “視而不見”。柱透鏡可以進(jìn)行非對(duì)稱聚焦：只改變光線在單一方向的傳播路徑，比如把發(fā)散的激光束 “壓成” 一條線，或把平行光聚焦成直線光斑；焦距從幾毫米到幾百毫米可定制，比如 70mm 焦距的平凸柱面鏡，是激光劃線、條碼掃描的常用款；常用材質(zhì)為 N-BK7、石英、藍(lán)寶石等，可耐受高功率激光，適配不同波長（1064nm、532nm 等）。它常常被用于比如工業(yè)生產(chǎn)中在板材上投射精準(zhǔn)直線；或者用于激光掃描，配合振鏡實(shí)現(xiàn)一維方向的光束壓縮；如眼科儀器中矯正光線，或生化分析儀的光路塑形也有它的身影。
展開 簡介
激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)是激光傳輸、激光加工、激光雷達(dá)及天文觀測等領(lǐng)域的核心光學(xué)組件，可按指定倍率擴(kuò)大光束直徑、壓縮發(fā)散角，保障長距離傳輸時(shí)的高平行度與高能量密度。本案例依托 OAS 光學(xué)軟件，完成激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)的全流程建模、仿真、優(yōu)化與性能驗(yàn)證，精準(zhǔn)量化光束傳播特性、像差水平與準(zhǔn)直性能，為工程化設(shè)計(jì)提供可靠數(shù)據(jù)支撐與優(yōu)化方向。
案例設(shè)置與操作
模型構(gòu)建
采用 OAS 軟件序列光線追跡模式，構(gòu)建擴(kuò)束準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)，由負(fù)透鏡與正透鏡組合而成，無內(nèi)部實(shí)焦點(diǎn)，適配高功率激光應(yīng)用場景。透鏡材料選用熔融石英，匹配紅外波段低吸收與高激光損傷閾值需求；表面鍍制寬帶增透膜，控制反射率，提升光能利用率。
光源與探測器設(shè)置
在軟件光源模塊中創(chuàng)建高斯光束光源，精準(zhǔn)匹配實(shí)際激光器輸出模式，設(shè)定束腰半徑、光軸方向與能量分布。于系統(tǒng)出射端設(shè)置近場光斑探測器、遠(yuǎn)場發(fā)散角探測器與波前探測器，同步采集光束直徑、發(fā)散角、能量分布及波前畸變數(shù)據(jù)，排除環(huán)境噪聲與無效信號(hào)干擾，保障結(jié)果準(zhǔn)確性。
分析優(yōu)化
執(zhí)行序列光線追跡，生成三維光路追跡圖與光束傳播動(dòng)畫，直觀呈現(xiàn)擴(kuò)束、準(zhǔn)直全過程。以發(fā)散角最小化、波前誤差最優(yōu)化為目標(biāo)，啟用軟件內(nèi)置優(yōu)化算法，將透鏡曲率半徑、厚度、空氣間隙設(shè)為變量，自動(dòng)校正球差、彗差等初級(jí)像差，完成多目標(biāo)迭代優(yōu)化。通過公差分析模塊，評(píng)估元件加工與裝調(diào)誤差對(duì)系統(tǒng)性能的影響，給出工程容錯(cuò)范圍。
總結(jié)
本案例借助 OAS 光學(xué)軟件完成激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)全流程設(shè)計(jì)與仿真，實(shí)現(xiàn)從概念建模到性能驗(yàn)證的一體化閉環(huán)，高效解決擴(kuò)束倍率、發(fā)散角控制、像差校正等關(guān)鍵問題。軟件跨尺度仿真、智能優(yōu)化與多維度分析能力，可縮短設(shè)計(jì)周期、降低實(shí)物試制成本，提升系統(tǒng)可靠性與工程適配性，為激光應(yīng)用領(lǐng)域光學(xué)系統(tǒng)研發(fā)提供高效、精準(zhǔn)的國產(chǎn)工具支撐。
展開 
激光匹配的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
激光匹配的最新內(nèi)容
光源與探測器設(shè)置
在軟件光源模塊中創(chuàng)建高斯光束光源，精準(zhǔn)匹配實(shí)際激光器輸出模式，設(shè)定束腰半徑、光軸方向與能量分布。于系統(tǒng)出射端設(shè)置近場光斑探測器、遠(yuǎn)場發(fā)散角探測器與波前探測器，同步采集光束直徑、發(fā)散角、能量分布及波前畸變數(shù)據(jù)，排除環(huán)境噪聲與無效信號(hào)干擾，保障結(jié)果準(zhǔn)確性。
分析優(yōu)化
執(zhí)行序列光線追跡，生成三維光路追跡圖與光束傳播動(dòng)畫，直觀呈現(xiàn)擴(kuò)束、準(zhǔn)直全過程。
如果把激光束比作一條 “水流”，普通激光的像散就像水流在左右和前后方向的流速、寬度不一致，而模式像散轉(zhuǎn)換器就像一套精密的 “河道整形器”—— 既能把歪歪扭扭的水流調(diào)得筆直均勻，也能按需求把水流塑造成特定形狀，讓激光精準(zhǔn)匹配后續(xù)的使用場景。
莊昌輝指出，高精度高效率的自動(dòng)化對(duì)位加工、光斑調(diào)制以及與激光相匹配的材料研發(fā)是激光巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)研發(fā)中的三大瓶頸。
為克服這些技術(shù)挑戰(zhàn)，大族半導(dǎo)體通過自主研發(fā)與全球最優(yōu)解決方案相結(jié)合的方式，與膠材供應(yīng)商和終端客戶緊密合作，共同商討目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)方案。通過分析方案的合理性和經(jīng)濟(jì)性，形成協(xié)同效應(yīng)，不斷迭代技術(shù)，推動(dòng)了激光巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的不斷進(jìn)步。
激光三維重建的匹配原理如下圖所示
激光三維重建過程
激光匹配的本質(zhì)就是對(duì)應(yīng)點(diǎn)關(guān)聯(lián)，做剛體變換完成，典型算法是ICP,NDT。
激光匹配的對(duì)應(yīng)點(diǎn)關(guān)聯(lián)
視覺三維重建的匹配原理如下圖所示
視覺三維重建過程
視覺匹配的本質(zhì)就是利用多幀圖像的共視關(guān)系恢復(fù)目標(biāo)的三維結(jié)構(gòu)，典型方法就是BA。
而在智能化方面，目前ET7所搭載的第二代智能座艙，以及匹配激光雷達(dá)的全套感知系統(tǒng)，相信在ET5身上同樣不會(huì)缺席。并且得益于繼續(xù)維持高端新能源的品牌定位，預(yù)計(jì)在全系車型中，上述智能化相關(guān)硬件，都將會(huì)是標(biāo)配。
動(dòng)力方面，ET7前180kW永磁同步電機(jī)+后300kW異步感應(yīng)電機(jī)的組合，大概率也將沿用。
面特征主要應(yīng)用于室外環(huán)境中 3D 激光雷達(dá)掃描匹配，如無人車行駛在城市環(huán)境中可以利用 3D 激光雷達(dá)提取到大量的曲面和平面特征來定位。由于線段特征具有容易識(shí)別、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)，在 2D 激光 SLAM 中應(yīng)用比較廣泛。下面將對(duì)激光雷達(dá)點(diǎn)云建圖中一種基本的線段擬合防范進(jìn)行簡單說明。
●在打印速度方面，P420可以匹配光纖激光器，也可以匹配常規(guī)激光器，可以在精度和速度上做優(yōu)化。我們也開發(fā)了相應(yīng)的工藝，可以顯著地提升打印效率。”
△易加三維杭州中心大樓建設(shè)規(guī)劃圖
在公司發(fā)展層面，南極熊了解到，易加三維正在杭州建設(shè)自己的新大樓。郭天文表示：“易加三維將來的規(guī)劃是北京和杭州雙中心模式，北京打造成研發(fā)中心和國內(nèi)銷售中心，杭州的規(guī)劃是裝備生產(chǎn)和國際市場中心。
華為HI版搭載了3顆96線程車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)、6個(gè)毫米波雷達(dá)、12個(gè)攝像頭、13個(gè)超聲波雷達(dá)，遠(yuǎn)距高清攝像頭和激光雷達(dá)可匹配高精地圖，能夠準(zhǔn)確提取車道及紅綠燈信息，并且能夠持續(xù)迭代。
阿爾法S華為HI版的激光雷達(dá)方案無疑是自動(dòng)駕駛解決方案中的高配版，但40萬元的定價(jià)能否被市場認(rèn)可，還有待時(shí)間驗(yàn)證。
點(diǎn)云匹配以激光雷達(dá)為核心；激光雷達(dá)向外發(fā)射激光脈沖，從地面或者物體表面發(fā)射形成多個(gè)回波返回進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)汽車當(dāng)前場景的高精度定位。目前主流的匹配算法包括概率地圖與NDT（正太分布變換）算法兩種，代表玩家如google、HERE、TomTom。
阿爾法S，從硬件配置上全車配置五大類35個(gè)傳感器，阿爾法S配置了3個(gè)激光雷達(dá)，6個(gè)毫米波雷達(dá)和4個(gè)魚眼環(huán)視攝像頭數(shù)量，通過遠(yuǎn)距高清攝像頭和激光雷達(dá)，匹配高精地圖準(zhǔn)確提取車道級(jí)紅綠燈信息。
