Qu’est-ce que la technologie LiDAR ?Comment aide-t-elle à la mesure de la profondeur ?

La technologie de détection est une technologie clé pour les systèmes de vision embarqués, et avec les progrès de la science et de la technologie, de plus en plus de technologies avancées ont émergé dans le domaine de la technologie de détection de profondeur 3D, y compris, mais sans s’y limiter, la détection et la télémétrie par la lumière (LiDAR), la vision stéréoscopique et le temps de vol (ToF). Ces technologies jouent un rôle essentiel dans des industries telles que la conduite autonome et l’automatisation des usines. Nous avons appris l’existence de laModule de caméra ToFplus tôt.
 
La technologie lidar est une solution de détection de profondeur 3D de haute précision qui offre de grands avantages en termes de précision de mesure, de portée et de vitesse. Des modèles 3D d’objets et d’environnements, également appelés nuages de points, sont créés en tirant des impulsions laser et en mesurant le temps qu’il leur faut pour se réfléchir. Cette technologie a non seulement amélioré la sécurité des véhicules autonomes, mais a également montré une grande utilité dans des domaines tels que la géocartographie, la modélisation des bâtiments et la surveillance de l’environnement.

 
Histoire évolutive de la technologie de détection de profondeur 3D

La technologie de détection de profondeur 3D est issue de la technologie des caméras stéréo passives. Cette technologie permet de percevoir la profondeur en calculant la différence de pixels entre deux capteurs travaillant en tandem. Bien que très pratique, il était tout de même soumis à desà faible luminositéconditions et s’appuyait fortement sur la texture des objets dans la scène. Pour remédier aux lacunes des caméras stéréo passives, des techniques de vision stéréo active ont émergé.
 
La technologie de vision stéréo active utilise un projecteur à motifs infrarouges pour éclairer la scène, ce qui améliore le fonctionnement dans de mauvaises conditions d’éclairage et lorsque les textures des objets ne sont pas claires. Cependant, il n’a aucun moyen de fournir une large gamme (à moins de 10) de mesures de profondeur, et les données acquises nécessitent un traitement supplémentaire pour calculer la profondeur, ce qui augmente la charge de calcul tout en affectant la nature en temps réel des mesures. C’est là que les avantages de la technologie LiDAR entrent en jeu.

 
Qu’est-ce que la technologie LiDAR ?

La technologie LiDAR, ou Light Detection and Ranging, est une technologie de télédétection avancée qui calcule la distance précise d’un objet en émettant des impulsions laser et en mesurant le temps nécessaire pour que ces impulsions se réfléchissent sur l’objet cible. Cette approche permet au scanner lidar de créer des modèles 3D détaillés, également appelés nuages de points, qui cartographient avec précision les contours des objets et des environnements. La technologie LiDAR fonctionne de la même manière que le radar (RADAR), mais utilise des lasers plutôt que des ondes radio, et est capable de transmettre des signaux laser à une vitesse allant jusqu’à 160 000 fois par seconde, ce qui permet de cibler rapidement et précisément les objets. Permettre des mesures rapides et précises des objets cibles.
La formule de calcul de la distance d’un objet est la suivante :

Distance de l’objet = (Vitesse de la lumière x Temps de vol) / 2.

 
Cette formule illustre comment la technologie LiDAR utilise la vitesse de la lumière et le temps de vol des impulsions lumineuses pour calculer la distance, garantissant ainsi des mesures très précises et fiables.

 
Deux principaux types de technologie LiDAR

Les systèmes LiDAR sont classés en deux types principaux en fonction de leur fonction : le balayage aérien à lumière verte et le LiDAR au sol.

 
LiDAR aéroporté

Les capteurs 3D aéroportés de technologie lidar, généralement montés sur des drones ou des hélicoptères, émettent des impulsions lumineuses vers le sol et capturent les impulsions de retour pour mesurer avec précision la distance. Cette technologie peut être subdivisée en LIDAR topologique, qui est utilisé pour cartographier la surface terrestre, et LIDAR bathymétrique, qui utilise la lumière verte pour pénétrer dans l’eau de mer et mesurer l’élévation des fonds marins et des lits des rivières.

 
Lidar terrestre

Les systèmes LIDAR terrestres sont montés sur des véhicules terrestres ou des trépieds fixes et sont utilisés pour cartographier les caractéristiques naturelles des bâtiments et surveiller les autoroutes. Ces systèmes sont également précieux pour créer des modèles 3D précis de sites historiques. Le scanner lidar terrestre peut être classé en LiDAR mobile pour les véhicules en mouvement et en LiDAR statique pour les véhicules à l’arrêt.

 
Comment fonctionnent les caméras LiDAR

Le fonctionnement de la technologie LiDAR implique plusieurs composants clés.

1. Source laser :Émet des impulsions laser à différentes longueurs d’onde, avec des sources courantes telles que les lasers à grenat d’yttrium et d’aluminium dopé au néodyme (Nd-YAG). La technologie lidar topographique utilise souvent des longueurs d’onde de 1064 nm ou 1550 nm pour la sécurité, tandis que le LiDAR bathymétrique utilise des lasers de 532 nm pour la pénétration de l’eau.
2. Scanner et optique :Utilise des miroirs déviants pour diriger le faisceau laser, ce qui permet d’obtenir un large champ de vision (FoV) et des capacités de balayage à grande vitesse.
3. Détecteur:Capture la lumière réfléchie par les obstacles, généralement à l’aide de photodétecteurs à semi-conducteurs tels que des photodiodes à avalanche de silicium ou des photomultiplicateurs. Récepteur GPS : En mode aéroporté, le récepteur GPS est un récepteur GPS.
4. Récepteur GPS :Dans les systèmes aéroportés, suit l’altitude et la position de l’avion, ce qui est crucial pour des mesures précises de l’élévation du terrain. 
5. Unité de mesure inertielle (IMU) :Surveille la vitesse et l’orientation du véhicule, assurant le positionnement précis des impulsions laser sur le sol.

 
Principales applications de la technologie LiDAR

Il est essentiel de comprendre le fonctionnement des capteurs LiDAR, mais c’est dans leurs applications réelles que la technologie brille vraiment.
 
1. Véhicules et équipements autonomes :Les machines autonomes, telles que les drones, les tracteurs autonomes et les bras robotiques, s’appuient sur la 3Dnodule de caméra à détection de profondeurpour la détection d’obstacles, la localisation et l’utilisation d’impulsions laser au sol. Les capteurs LiDAR fournissent un faisceau laser rotatif à 360 degrés, offrant une vue complète pour l’évitement d’obstacles et la manipulation d’objets. Les capteurs LiDAR fournissent un faisceau laser rotatif à 360 degrés, offrant une vue complète pour l’évitement d’obstacles et la prévention des collisions. La génération en temps réel de millions de points de données permet de créer des cartes détaillées de l’environnement, permettant une navigation sûre dans diverses conditions météorologiques et d’éclairage. 

 
2. Robots mobiles autonomes (AMR) :Les AMR font partie intégrante du fonctionnement des installations de fabrication, des entrepôts, des magasins de détail et des centres de distribution, et traitent des tâches telles que le prélèvement d’articles et la distribution de marchandises. Les AMR font partie intégrante du fonctionnement des installations de fabrication, des entrepôts, des magasins de détail et des centres de distribution, gérant des tâches telles que la cueillette, le transport et le tri des articles sans surveillance humaine directe. Les AMR, car ils nécessitent un traitement minimal pour la détection d’objets et la création de cartes, ce qui en fait une solution idéale pour ces applications.

 
L’avènement des technologies de détection de profondeur 3D

L’avènement des technologies de détection de profondeur 3D, en particulier le LiDAR, a révolutionné la façon dont nous percevons et interagissons avec notre environnement. De l’amélioration des capacités des véhicules autonomes à la rationalisation des opérations dans les environnements industriels, l’impact du LiDAR est considérable. Les technologies continuent d’évoluer, leurs applications ne feront que s’étendre, s’intégrant davantage dans notre vie quotidienne et façonnant l’avenir de la technologie.
 
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