מהי טכנולוגיית LiDAR?כיצד היא מסייעת במדידת עומק?

טכנולוגיית חישה היא טכנולוגיית מפתח עבור מערכות ראייה משובצות, ועם התקדמות המדע והטכנולוגיה, יותר ויותר טכנולוגיות מתקדמות התפתחו בתחום טכנולוגיית חישת עומק תלת ממדית, כולל אך לא מוגבל לגילוי וטווח אור (LiDAR), ראיית סטריאו וזמן טיסה (ToF). טכנולוגיות אלה ממלאות תפקיד אינטגרלי בתעשיות כגון נהיגה אוטונומית ואוטומציה במפעלים. למדנו עלמודול מצלמת ToFמוקדם יותר.
 
טכנולוגיית לידאר היא פתרון חישת עומק תלת מימדית בדיוק גבוה המציע יתרונות גדולים מבחינת דיוק מדידה, טווח ומהירות. מודלים תלת-ממדיים של עצמים וסביבות, הידועים גם בשם ענני נקודה, נוצרים על ידי ירי פולסי לייזר ומדידת הזמן שלוקח להם לחזור אחורה. טכנולוגיה זו לא רק שיפרה את הבטיחות של כלי רכב אוטונומיים, אלא גם הראתה תועלת רבה בתחומים כגון מיפוי גיאוגרפי, מידול מבנים וניטור סביבתי.

 
היסטוריה אבולוציונית של טכנולוגיית חישת עומק תלת-ממדית

טכנולוגיית חישת עומק תלת-ממדית מקורה לראשונה בטכנולוגיית מצלמת סטריאו פסיבית. טכנולוגיה זו משיגה תפיסת עומק על ידי חישוב הפרש הפיקסלים בין שני חיישנים הפועלים במקביל. למרות שזה היה מעשי מאוד, זה עדיין היה כפוףתאורה חלשההתנאים והסתמכו במידה רבה על מרקם האובייקטים בסצנה. כדי להתמודד עם החסרונות של מצלמות סטריאו פסיביות, התפתחו טכניקות ראייה סטריאופוניות אקטיביות.
 
טכנולוגיית ראיית סטריאו אקטיבית משתמשת במקרן בדוגמת אינפרא אדום כדי להאיר את הסצנה, מה שמשפר את הפעולה בתנאי תאורה גרועים וכאשר מרקמי האובייקטים אינם ברורים. עם זאת, אין לו דרך לספק טווח רחב (בתוך 10) מדידות עומק, והנתונים הנרכשים דורשים עיבוד נוסף כדי לחשב את העומק, מה שמגדיל את הנטל החישובי תוך השפעה על אופי המדידות בזמן אמת. כאן באים לידי ביטוי היתרונות של טכנולוגיית LiDAR.

 
מהי טכנולוגיית LiDAR?

מה מייצג LiDAR?טכנולוגיית LiDAR, או Light Detection and Ranging, היא טכנולוגיית חישה מרחוק מתקדמת המחשבת את המרחק המדויק של אובייקט על ידי פליטת פולסי לייזר ומדידת הזמן שלוקח לפולסים אלה לחזור מאובייקט המטרה. גישה זו מאפשרת לסורק לידאר ליצור מודלים תלת-ממדיים מפורטים, הידועים גם בשם ענני נקודה, הממפים במדויק את קווי המתאר של אובייקטים וסביבות. טכנולוגיית LiDAR פועלת באופן דומה למכ"ם (Radar) אך משתמשת בלייזרים ולא בגלי רדיו, ומסוגלת לשדר אותות לייזר בקצב של עד 160,000 פעמים בשנייה, מה שמאפשר מיקוד מהיר ומדויק של עצמים. אפשר מדידות מהירות ומדויקות של אובייקטי מטרה.
הנוסחה לחישוב המרחק של אובייקט היא כדלקמן:

מרחק האובייקט = (מהירות האור x זמן הטיסה) / 2.

 
נוסחה זו מדגימה כיצד טכנולוגיית LiDAR מנצלת את מהירות האור ואת זמן הטיסה של פולסי האור כדי לחשב את המרחק, ומבטיחה מדידות מדויקות ואמינות ביותר.

 
שני סוגים עיקריים של טכנולוגיית LiDAR

מערכות LiDAR מסווגות לשני סוגים עיקריים על פי תפקודן: סריקת אור ירוק מוטסת ו- LiDAR קרקעי.

 
LiDAR מוטס

חיישני לידאר טכנולוגיים תלת-ממדיים מוטסים, המותקנים בדרך כלל על רחפנים או מסוקים, פולטים פולסי אור לקרקע ולוכדים את פעימות החזרה כדי למדוד מרחק במדויק. ניתן לחלק טכנולוגיה זו ל-LIDAR טופולוגי, המשמש למיפוי פני הקרקע, ול-LIDAR בתימטרי, המשתמש באור ירוק כדי לחדור למי ים ולמדוד את גובה קרקעית הים ואפיקי הנחלים.

 
לידאר יבשתי

מערכות LIDAR יבשתיות מותקנות על כלי רכב קרקעיים או חצובות קבועות ומשמשות למיפוי תכונות טבעיות של מבנים ולניטור כבישים מהירים. מערכות אלה הן גם בעלות ערך ליצירת מודלים תלת ממדיים מדויקים של אתרים היסטוריים. ניתן לסווג סורק לידאר יבשתי ל- LiDAR נייד לכלי רכב נעים ול- LiDAR סטטי לרכבים נייחים.

 
כיצד פועלות מצלמות LiDAR

הפעלת טכנולוגיית LiDAR כוללת מספר מרכיבים מרכזיים.

1. מקור לייזר:פולט פולסי לייזר באורכי גל שונים, עם מקורות נפוצים הכוללים לייזרים מסוממים ניאודימיום איטריום אלומיניום גארנט (Nd-YAG). טכנולוגיית לידאר טופוגרפית משתמשת לעתים קרובות באורכי גל של 1064nm או 1550nm לבטיחות, בעוד ש- Bathymetric LiDAR משתמשת בלייזרים של 532nm לחדירת מים.
2. סורק ואופטיקה:משתמש במראות מסיטות כדי לנווט את קרן הלייזר, ומשיג שדה ראייה רחב (FoV) ויכולות סריקה במהירות גבוהה.
3. גלאי:לוכד את האור המוחזר ממכשולים, בדרך כלל באמצעות פוטו-גלאים במצב מוצק כמו פוטודיודות מפולת סיליקון או מכפילי אור. מקלט GPS: במצב מוטס, מקלט ה-GPS הוא מקלט GPS.
4. מקלט GPS:במערכות מוטסות, עוקב אחר גובה ומיקום המטוס, חיוני למדידות גובה שטח מדויקות. 
5. יחידת מדידה אינרציאלית (IMU):עוקב אחר המהירות והכיוון של הרכב, ומבטיח את המיקום המדויק של פולסי הלייזר על הקרקע .

 
יישומים עיקריים של טכנולוגיית LiDAR

מהו יישום LiDAR?הבנת פעולתם של חיישני LiDAR היא חיונית, אך היישומים שלהם בעולם האמיתי הם המקום שבו הטכנולוגיה באמת זורחת.
 
1. רכבים וציוד אוטונומיים:מכונות אוטונומיות, כגון רחפנים, טרקטורים אוטונומיים וזרועות רובוטיות, מסתמכות על תלת-ממדקשרית מצלמה עם חישת עומקלאיתור מכשולים, לוקליזציה ושימוש בפולסי לייזר על הקרקע. חיישני LiDAR מספקים קרן לייזר מסתובבת של 360 מעלות, המציעה תצוגה מקיפה להימנעות ממכשולים ומניפולציה של אובייקטים. חיישני LiDAR מספקים קרן לייזר מסתובבת של 360 מעלות, המציעה תצוגה מקיפה למניעת מכשולים ומניעת התנגשות. יצירה בזמן אמת של מיליוני נקודות נתונים מאפשרת יצירת מפות מפורטות של הסביבה, המאפשרות ניווט בטוח בתנאי מזג אוויר ותאורה שונים. 

 
2. רובוטים ניידים אוטונומיים (AMR):AMRs הם חלק בלתי נפרד מהפעלת מתקני ייצור, מחסנים, חנויות קמעונאיות ומרכזי הפצה, טיפול במשימות כגון איסוף פריטים והפצה של סחורות. AMRs הם חלק בלתי נפרד מתפעול מתקני ייצור, מחסנים, חנויות קמעונאיות ומרכזי הפצה, ומטפלים במשימות כמו ליקוט פריטים, הובלה ומיון ללא פיקוח אנושי ישיר. AMRs, מכיוון שהם דורשים עיבוד מינימלי לזיהוי אובייקטים ויצירת מפות, מה שהופך אותם לפתרון אידיאלי עבור יישומים אלה.

 
הופעתן של טכנולוגיות חישת עומק תלת-ממדיות

הופעתן של טכנולוגיות חישת עומק תלת-ממדיות, במיוחד LiDAR, חוללה מהפכה באופן שבו אנו תופסים את הסביבה שלנו ומתקשרים איתה. החל משיפור היכולות של כלי רכב אוטונומיים ועד לייעול הפעילות בסביבות תעשייתיות, ההשפעה של LiDAR היא מרחיקת לכת. הטכנולוגיות ממשיכות להתפתח, היישומים שלהן רק יתרחבו, ישתלבו עוד יותר בחיי היומיום שלנו ויעצבו את עתיד הטכנולוגיה.
 
עם יותר מ-14 שנות ניסיון בתחום הראייה המשובצת,סינוסיןמחויבת לסייע ללקוחותינו לספק את מודולי המצלמה הנכונים שישולבו במוצריהם, ועבדנו עם מספר חברות רחפנים ורובוטיקה כדי להשתלבמצלמות העומק שלנולתוך המוצרים שלהם. אם אתה מעוניין, אל תהסס לפנות אלינו.