Che cos'è la tecnologia LiDAR?In che modo aiuta con la misurazione della profondità?

La tecnologia di rilevamento è una tecnologia chiave per i sistemi di visione integrati e, con il progresso della scienza e della tecnologia, sono emerse tecnologie sempre più avanzate nel campo della tecnologia di rilevamento della profondità 3D, tra cui, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, il rilevamento e la misurazione della luce (LiDAR), la visione stereo e il tempo di volo (ToF). Queste tecnologie svolgono un ruolo fondamentale in settori come la guida autonoma e l'automazione industriale. Abbiamo imparato a conoscere ilModulo telecamera ToFPrecedentemente.
 
La tecnologia lidar è una soluzione di rilevamento della profondità 3D ad alta precisione che offre grandi vantaggi in termini di precisione, portata e velocità di misurazione. I modelli 3D di oggetti e ambienti, noti anche come nuvole di punti, vengono creati sparando impulsi laser e misurando il tempo necessario per riflettersi. Questa tecnologia non solo ha migliorato la sicurezza dei veicoli a guida autonoma, ma ha anche dimostrato una grande utilità in aree come la geomappatura, la modellazione degli edifici e il monitoraggio ambientale.

 
Storia evolutiva della tecnologia di rilevamento della profondità 3D

La tecnologia di rilevamento della profondità 3D ha avuto origine dalla tecnologia delle telecamere stereo passive. Questa tecnologia raggiunge la percezione della profondità calcolando la differenza di pixel tra due sensori che lavorano in tandem. Sebbene molto pratico, era comunque soggetto ain condizioni di scarsa illuminazionecondizioni e si basava molto sulla consistenza degli oggetti nella scena. Per affrontare le carenze delle telecamere stereo passive, sono emerse tecniche di visione stereoscopica attiva.
 
La tecnologia di visione stereo attiva utilizza un proiettore a infrarossi per illuminare la scena, migliorando il funzionamento in condizioni di scarsa illuminazione e quando le texture degli oggetti non sono chiare. Tuttavia, non è in grado di fornire un'ampia gamma (entro 10) di misurazioni della profondità e i dati acquisiti richiedono un'ulteriore elaborazione per calcolare la profondità, il che aumenta il carico computazionale e influisce anche sulla natura in tempo reale delle misurazioni. È qui che i vantaggi della tecnologia LiDAR vengono alla ribalta.

 
Che cos'è la tecnologia LiDAR?

La tecnologia LiDAR, o Light Detection and Ranging, è una tecnologia avanzata di telerilevamento che calcola la distanza precisa di un oggetto emettendo impulsi laser e misurando il tempo impiegato da tali impulsi per riflettersi dall'oggetto bersaglio. Questo approccio consente allo scanner lidar di creare modelli 3D dettagliati, noti anche come nuvole di punti, che mappano accuratamente i contorni di oggetti e ambienti. La tecnologia LiDAR funziona in modo simile al radar (RADAR) ma utilizza i laser anziché le onde radio ed è in grado di trasmettere segnali laser a una velocità fino a 160.000 volte al secondo, consentendo un puntamento rapido e preciso degli oggetti. Consentono misurazioni rapide e accurate degli oggetti target.
La formula per calcolare la distanza di un oggetto è la seguente:

Distanza dell'oggetto = (Velocità della luce x Tempo di volo) / 2.

 
Questa formula illustra come la tecnologia LiDAR utilizzi la velocità della luce e il tempo di volo degli impulsi luminosi per calcolare la distanza, garantendo misurazioni altamente accurate e affidabili.

 
Due tipi principali di tecnologia LiDAR

I sistemi LiDAR sono classificati in due tipi principali in base alla loro funzione: scansione aerea della luce verde e LiDAR a terra.

 
LiDAR aviotrasportato

I sensori tecnologici lidar 3D aviotrasportati, solitamente montati su droni o elicotteri, emettono impulsi luminosi a terra e catturano gli impulsi di ritorno per misurare con precisione la distanza. Questa tecnologia può essere suddivisa in LIDAR topologico, che viene utilizzato per mappare la superficie terrestre, e LIDAR batimetrico, che utilizza la luce verde per penetrare nell'acqua di mare e misurare l'elevazione del fondale marino e dei letti dei fiumi.

 
Lidar terrestre

I sistemi LIDAR terrestri sono montati su veicoli terrestri o treppiedi fissi e vengono utilizzati per mappare le caratteristiche naturali degli edifici e monitorare le autostrade. Questi sistemi sono preziosi anche per creare modelli 3D accurati di siti storici. Lo scanner lidar terrestre può essere classificato in LiDAR mobile per veicoli in movimento e LiDAR statico per veicoli fermi.

 
Come funzionano le telecamere LiDAR

Il funzionamento della tecnologia LiDAR coinvolge diversi componenti chiave.

1. Sorgente laser:Emette impulsi laser a varie lunghezze d'onda, con sorgenti comuni tra cui i laser al granato di ittrio e alluminio drogati al neodimio (Nd-YAG). La tecnologia lidar topografica utilizza spesso lunghezze d'onda di 1064 nm o 1550 nm per la sicurezza, mentre il LiDAR batimetrico impiega laser a 532 nm per la penetrazione dell'acqua.
2. Scanner e ottiche:Utilizza specchi deflettori per orientare il raggio laser, ottenendo un ampio campo visivo (FoV) e capacità di scansione ad alta velocità.
3. Rivelatore:Cattura la luce riflessa dagli ostacoli, in genere utilizzando fotorilevatori a stato solido come fotodiodi a valanga di silicio o fotomoltiplicatori. Ricevitore GPS: in modalità aerea, il ricevitore GPS è un ricevitore GPS.
4. Ricevitore GPS:Nei sistemi aerei, tiene traccia dell'altitudine e della posizione dell'aeromobile, fondamentale per misurazioni accurate dell'elevazione del terreno. 
5. Unità di misura inerziale (IMU):Monitora la velocità e l'orientamento del veicolo, garantendo il posizionamento preciso degli impulsi laser sul terreno.

 
Principali applicazioni della tecnologia LiDAR

Comprendere il funzionamento dei sensori LiDAR è essenziale, ma le loro applicazioni nel mondo reale sono quelle in cui la tecnologia brilla davvero.
 
1. Veicoli e attrezzature autonomi:I macchinari autonomi, come droni, trattori autonomi e bracci robotici, si basano sul 3Dtelecamera con rilevamento di profondità noduloper il rilevamento degli ostacoli, la localizzazione e l'uso di impulsi laser sul terreno. I sensori LiDAR forniscono un raggio laser rotante a 360 gradi, offrendo una visione completa per evitare gli ostacoli e manipolare gli oggetti. I sensori LiDAR forniscono un raggio laser rotante a 360 gradi, offrendo una visione completa per evitare gli ostacoli e prevenire le collisioni. La generazione in tempo reale di milioni di punti dati consente la creazione di mappe dettagliate dell'ambiente circostante, consentendo una navigazione sicura in varie condizioni meteorologiche e di illuminazione. 

 
2. Robot mobili autonomi (AMR):Gli AMR sono parte integrante del funzionamento di impianti di produzione, magazzini, negozi al dettaglio e centri di distribuzione, gestendo attività come il prelievo degli articoli e la distribuzione delle merci. Gli AMR sono parte integrante del funzionamento di impianti di produzione, magazzini, negozi al dettaglio e centri di distribuzione, gestendo attività come il prelievo, il trasporto e lo smistamento degli articoli senza la supervisione umana diretta. Gli AMR, in quanto richiedono un'elaborazione minima per il rilevamento degli oggetti e la creazione di mappe, il che li rende una soluzione ideale per queste applicazioni.

 
L'avvento delle tecnologie di rilevamento della profondità 3D

L'avvento delle tecnologie di rilevamento della profondità 3D, in particolare LiDAR, ha rivoluzionato il modo in cui percepiamo e interagiamo con il nostro ambiente. Dal miglioramento delle capacità dei veicoli autonomi alla semplificazione delle operazioni in ambienti industriali, l'impatto del LiDAR è di vasta portata. Le tecnologie continuano ad evolversi, le loro applicazioni non faranno che espandersi, integrandosi ulteriormente nella nostra vita quotidiana e plasmando il futuro della tecnologia.
 
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