ما هي تقنية LiDAR؟كيف تساعد في قياس العمق؟

تعد تقنية الاستشعار تقنية رئيسية لأنظمة الرؤية المدمجة ، ومع تقدم العلم والتكنولوجيا ، ظهرت المزيد والمزيد من التقنيات المتقدمة في مجال تقنية استشعار العمق ثلاثي الأبعاد ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر الكشف عن الضوء والمدى (LiDAR) ، والرؤية الاستريو ، ووقت الرحلة (ToF). تلعب هذه التقنيات دورا أساسيا في صناعات مثل القيادة الذاتية وأتمتة المصانع. تعلمنا عنوحدة كاميرا ToFأسبق.
 
تقنية Lidar هي حل استشعار عمق ثلاثي الأبعاد عالي الدقة يوفر مزايا كبيرة من حيث دقة القياس والمدى والسرعة. يتم إنشاء النماذج ثلاثية الأبعاد للكائنات والبيئات ، والمعروفة أيضا باسم السحب النقطية ، عن طريق إطلاق نبضات الليزر وقياس الوقت الذي تستغرقه للانعكاس مرة أخرى. لم تعمل هذه التقنية على تحسين سلامة المركبات ذاتية القيادة فحسب ، بل أظهرت أيضا فائدة كبيرة في مجالات مثل رسم الخرائط الجغرافية ونمذجة المباني والمراقبة البيئية.

 
التاريخ التطوري لتكنولوجيا استشعار العمق ثلاثية الأبعاد

نشأت تقنية استشعار العمق ثلاثية الأبعاد لأول مرة من تقنية كاميرا الاستريو السلبية. تحقق هذه التقنية إدراك العمق من خلال حساب فرق البكسل بين مستشعرين يعملان جنبا إلى جنب. على الرغم من عمليته للغاية ، إلا أنه كان لا يزال خاضعا لالإضاءة المنخفضةالظروف واعتمدت بشكل كبير على نسيج الأشياء في المشهد. لمعالجة أوجه القصور في كاميرات الاستريو السلبية ، ظهرت تقنيات رؤية مجسمة نشطة.
 
تستخدم تقنية رؤية الاستريو النشطة جهاز عرض منقوش بالأشعة تحت الحمراء لإضاءة المشهد ، مما يحسن التشغيل في ظروف الإضاءة السيئة وعندما تكون قوام الكائن غير واضحة. ومع ذلك ، ليس لديها طريقة لتوفير نطاق واسع (في حدود 10) من قياسات العمق ، وتتطلب البيانات المكتسبة مزيدا من المعالجة لحساب العمق ، مما يزيد من العبء الحسابي مع التأثير أيضا على طبيعة القياسات في الوقت الفعلي. هذا هو المكان الذي تبرز فيه مزايا تقنية LiDAR.

 
ما هي تقنية LiDAR؟

ماذا تعني LiDAR؟تقنية LiDAR ، أو Light Detection and Rangeing ، هي تقنية استشعار عن بعد متقدمة تحسب المسافة الدقيقة لجسم ما عن طريق انبعاث نبضات الليزر وقياس الوقت الذي تستغرقه تلك النبضات لتعكس مرة أخرى من الجسم المستهدف. يسمح هذا النهج للماسح الضوئي lidar بإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد مفصلة ، تعرف أيضا باسم السحب النقطية ، والتي ترسم بدقة ملامح الكائنات والبيئات. تعمل تقنية LiDAR بطريقة مشابهة للرادار (RADAR) ولكنها تستخدم الليزر بدلا من موجات الراديو ، وهي قادرة على إرسال إشارات الليزر بمعدل يصل إلى 160,000 مرة في الثانية ، مما يسمح باستهداف الأجسام بسرعة ودقة. تمكين قياسات سريعة ودقيقة للكائنات المستهدفة.
صيغة حساب مسافة الجسم هي كما يلي:

مسافة الجسم = (سرعة الضوء × وقت الرحلة) / 2.

 
توضح هذه الصيغة كيف تستخدم تقنية LiDAR سرعة الضوء ووقت تحليق نبضات الضوء لحساب المسافة ، مما يضمن قياسات عالية الدقة والموثوقية.

 
نوعان رئيسيان من تقنية LiDAR

يتم تصنيف أنظمة LiDAR إلى نوعين رئيسيين بناء على وظيفتها: مسح الضوء الأخضر المحمول جوا و LiDAR الأرضي.

 
LiDAR المحمولة جوا

تنبعث مستشعرات تقنية الليدار ثلاثية الأبعاد المحمولة جوا ، والتي عادة ما يتم تركيبها على طائرات بدون طيار أو طائرات هليكوبتر ، نبضات ضوئية على الأرض وتلتقط نبضات العودة لقياس المسافة بدقة. يمكن تقسيم هذه التقنية إلى LIDAR الطوبولوجي ، والذي يستخدم لرسم خريطة لسطح الأرض ، و LIDAR قياس الأعماق ، الذي يستخدم الضوء الأخضر لاختراق مياه البحر وقياس ارتفاع قاع البحر وقوعي الأنهار.

 
ليدار أرضي

يتم تركيب أنظمة Land LIDAR على المركبات الأرضية أو الحوامل ثلاثية القوائم الثابتة وتستخدم لرسم خرائط للسمات الطبيعية للمباني ومراقبة الطرق السريعة. هذه الأنظمة ذات قيمة أيضا لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد دقيقة للمواقع التاريخية. يمكن تصنيف الماسح الضوئي للأرض إلى LiDAR متحرك للمركبات المتحركة و LiDAR ثابت للمركبات الثابتة.

 
كيف تعمل كاميرات LiDAR

يتضمن تشغيل تقنية LiDAR عدة مكونات رئيسية.

1. مصدر الليزر:ينبعث منه نبضات ليزر بأطوال موجية مختلفة ، مع مصادر مشتركة بما في ذلك ليزر عقيق الألومنيوم الإيتريوم (Nd-YAG) المخدر بالنيوديميوم. غالبا ما تستخدم تقنية الليدار الطبوغرافية أطوال موجية 1064 نانومتر أو 1550 نانومتر من أجل السلامة ، بينما تستخدم Bathymetric LiDAR ليزر 532 نانومتر لاختراق المياه.
2. الماسح الضوئي والبصريات:يستخدم مرايا منحرفة لتوجيه شعاع الليزر ، مما يحقق مجال رؤية واسع (FoV) وقدرات مسح عالية السرعة.
3. كاشف:يلتقط الضوء المنعكس من العوائق ، عادة باستخدام أجهزة الكشف الضوئي ذات الحالة الصلبة مثل الثنائيات الضوئية للانهيار الجليدي من السيليكون أو المضاعفات الضوئية. جهاز استقبال GPS: في الوضع المحمول جوا ، يكون جهاز استقبال GPS عبارة عن جهاز استقبال GPS.
4. جهاز استقبال GPS:في الأنظمة المحمولة جوا ، يتتبع ارتفاع الطائرة وموقعها ، وهو أمر بالغ الأهمية لقياسات ارتفاع التضاريس الدقيقة. 
5. وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU):يراقب سرعة السيارة واتجاهها ، مما يضمن تحديد الموقع الدقيق لنبضات الليزر على الأرض.

 
التطبيقات الرئيسية لتقنية LiDAR

ما هو تطبيق LiDAR؟يعد فهم طريقة عمل مستشعرات LiDAR أمرا ضروريا ، ولكن تطبيقاتها في العالم الحقيقي هي المكان الذي تتألق فيه التكنولوجيا حقا.
 
1. المركبات والمعدات ذاتية القيادة:تعتمد الآلات المستقلة ، مثل الطائرات بدون طيار والجرارات المستقلة والأذرع الروبوتية ، على 3Dعقدة كاميرا استشعار العمقللكشف عن العوائق وتوطينها واستخدام نبضات الليزر على الأرض. توفر مستشعرات LiDAR شعاع ليزر دوار بزاوية 360 درجة ، مما يوفر رؤية شاملة لتجنب العوائق ومعالجة الأشياء. توفر مستشعرات LiDAR شعاع ليزر دوار بزاوية 360 درجة ، مما يوفر رؤية شاملة لتجنب العوائق ومنع الاصطدام. يسمح التوليد في الوقت الفعلي لملايين نقاط البيانات بإنشاء خرائط مفصلة للمحيط ، مما يتيح التنقل الآمن في مختلف ظروف الطقس والإضاءة. 

 
2. الروبوتات المتنقلة المستقلة (AMR):تعد AMRs جزءا لا يتجزأ من تشغيل مرافق التصنيع والمستودعات ومتاجر البيع بالتجزئة ومراكز التوزيع ، حيث تتعامل مع المهام مثل انتقاء العناصر وتوزيع البضائع. تعد AMRs جزءا لا يتجزأ من تشغيل مرافق التصنيع والمستودعات ومتاجر البيع بالتجزئة ومراكز التوزيع ، حيث تتعامل مع مهام مثل انتقاء العناصر ونقلها وفرزها دون إشراف بشري مباشر. AMRs ، لأنها تتطلب الحد الأدنى من المعالجة لاكتشاف الكائنات وإنشاء الخرائط ، مما يجعلها حلا مثاليا لهذه التطبيقات.

 
ظهور تقنيات استشعار العمق ثلاثية الأبعاد

أحدث ظهور تقنيات استشعار العمق ثلاثية الأبعاد ، وخاصة LiDAR ، ثورة في الطريقة التي ندرك بها بيئتنا ونتفاعل معها. من تعزيز قدرات المركبات ذاتية القيادة إلى تبسيط العمليات في البيئات الصناعية ، فإن تأثير LiDAR بعيد المدى. تستمر التقنيات في التطور ، وستتوسع تطبيقاتها فقط ، وتندمج بشكل أكبر في حياتنا اليومية وتشكل مستقبل التكنولوجيا.
 
مع أكثر من 14 عاما من الخبرة في مجال الرؤية المدمجة ،سينوسينملتزمون بمساعدة عملائنا على توفير وحدات الكاميرا المناسبة ليتم دمجها في منتجاتهم ، وقد عملنا مع عدد من شركات الطائرات بدون طيار والروبوتات للتكاملكاميرات العمق لدينافي منتجاتهم. إذا كنت مهتما ، فلا تتردد في الاتصال بنا.