O que é a tecnologia LiDAR?Como ela ajuda na medição de profundidade?

A tecnologia de detecção é uma tecnologia-chave para sistemas de visão incorporados e, com o avanço da ciência e da tecnologia, tecnologias cada vez mais avançadas surgiram no campo da tecnologia de detecção de profundidade 3D, incluindo, entre outras, Light Detection and Ranging (LiDAR), Stereo Vision e Time of Flight (ToF). Essas tecnologias desempenham um papel fundamental em setores como direção autônoma e automação de fábrica. Aprendemos sobre oMódulo de câmera ToFantes.
 
A tecnologia lidar é uma solução de detecção de profundidade 3D de alta precisão que oferece grandes vantagens em termos de precisão, alcance e velocidade de medição. Modelos 3D de objetos e ambientes, também conhecidos como nuvens de pontos, são criados disparando pulsos de laser e medindo o tempo que leva para eles refletirem de volta. Essa tecnologia não apenas melhorou a segurança dos veículos autônomos, mas também mostrou grande utilidade em áreas como mapeamento geográfico, modelagem de edifícios e monitoramento ambiental.

 
História evolutiva da tecnologia de detecção de profundidade 3D

A tecnologia de detecção de profundidade 3D originou-se da tecnologia de câmera estéreo passiva. Essa tecnologia alcança a percepção de profundidade calculando a diferença de pixels entre dois sensores trabalhando em conjunto. Embora muito prático, ainda estava sujeito apara pouca luzcondições e dependia muito da textura dos objetos na cena. Para resolver as deficiências das câmeras estéreo passivas, surgiram técnicas de visão estéreo ativa.
 
A tecnologia de visão estéreo ativa utiliza um projetor com padrão infravermelho para iluminar a cena, o que melhora a operação em más condições de iluminação e quando as texturas dos objetos não são claras. No entanto, ele não tem como fornecer uma ampla gama (dentro de 10) de medições de profundidade, e os dados adquiridos requerem processamento adicional para calcular a profundidade, o que aumenta a carga computacional e também afeta a natureza em tempo real das medições. É aqui que as vantagens da tecnologia LiDAR vêm à tona.

 
O que é a tecnologia LiDAR?

A tecnologia LiDAR, ou Light Detection and Ranging, é uma tecnologia avançada de sensoriamento remoto que calcula a distância precisa de um objeto emitindo pulsos de laser e medindo o tempo que leva para que esses pulsos reflitam de volta do objeto alvo. Essa abordagem permite que o scanner lidar crie modelos 3D detalhados, também conhecidos como nuvens de pontos, que mapeiam com precisão os contornos de objetos e ambientes. A tecnologia LiDAR funciona de maneira semelhante ao radar (RADAR), mas usa lasers em vez de ondas de rádio e é capaz de transmitir sinais de laser a uma taxa de até 160.000 vezes por segundo, permitindo o direcionamento rápido e preciso de objetos. Permite medições rápidas e precisas de objetos-alvo.
A fórmula para calcular a distância de um objeto é a seguinte:

Distância do objeto = (Velocidade da luz x Tempo de voo) / 2.

 
Esta fórmula ilustra como a tecnologia LiDAR utiliza a velocidade da luz e o tempo de voo dos pulsos de luz para calcular a distância, garantindo medições altamente precisas e confiáveis.

 
Dois tipos principais de tecnologia LiDAR

Os sistemas LiDAR são categorizados em dois tipos principais com base em sua função: varredura de luz verde aerotransportada e LiDAR terrestre.

 
LiDAR aerotransportado

Sensores de tecnologia lidar 3D aerotransportados, geralmente montados em drones ou helicópteros, emitem pulsos de luz para o solo e capturam os pulsos de retorno para medir com precisão a distância. Essa tecnologia pode ser subdividida em LIDAR topológico, que é usado para mapear a superfície terrestre, e LIDAR batimétrico, que usa luz verde para penetrar na água do mar e medir a elevação do fundo do mar e dos leitos dos rios.

 
Lidar Terrestre

Os sistemas LIDAR terrestres são montados em veículos terrestres ou tripés fixos e são usados para mapear características naturais de edifícios e monitorar rodovias. Esses sistemas também são valiosos para criar modelos 3D precisos de locais históricos. O scanner lidar terrestre pode ser categorizado em LiDAR móvel para veículos em movimento e LiDAR estático para veículos estacionários.

 
Como funcionam as câmeras LiDAR

A operação da tecnologia LiDAR envolve vários componentes-chave.

1. Fonte de laser:Emite pulsos de laser em vários comprimentos de onda, com fontes comuns, incluindo lasers de granada de ítrio-alumínio dopados com neodímio (Nd-YAG). A tecnologia lidar topográfica geralmente usa comprimentos de onda de 1064 nm ou 1550 nm para segurança, enquanto o LiDAR batimétrico emprega lasers de 532 nm para penetração de água.
2. Scanner e óptica:Utiliza espelhos defletores para direcionar o feixe de laser, alcançando um amplo campo de visão (FoV) e recursos de varredura de alta velocidade.
3. Detetor:Captura a luz refletida de obstáculos, normalmente usando fotodetectores de estado sólido, como fotodiodos de avalanche de silício ou fotomultiplicadores. Receptor GPS: No modo aéreo, o receptor GPS é um receptor GPS.
4. Receptor GPS:Em sistemas aerotransportados, rastreia a altitude e a localização da aeronave, crucial para medições precisas de elevação do terreno. 
5. Unidade de Medição Inercial (IMU):Monitora a velocidade e a orientação do veículo, garantindo o posicionamento preciso dos pulsos de laser no solo.

 
Principais aplicações da tecnologia LiDAR

O que é a aplicação Lidar?Compreender o funcionamento dos sensores LiDAR é essencial, mas suas aplicações no mundo real são onde a tecnologia realmente brilha.
 
1. Veículos e equipamentos autônomos:Máquinas autônomas, como drones, tratores autônomos e braços robóticos, dependem do 3Dnódulo de câmera com sensor de profundidadepara detecção de obstáculos, localização e uso de pulsos de laser no solo. Os sensores LiDAR fornecem um feixe de laser giratório de 360 graus, oferecendo uma visão abrangente para evitar obstáculos e manipular objetos. Os sensores LiDAR fornecem um feixe de laser giratório de 360 graus, oferecendo uma visão abrangente para evitar obstáculos e evitar colisões. A geração em tempo real de milhões de pontos de dados permite a criação de mapas detalhados dos arredores, permitindo uma navegação segura em várias condições meteorológicas e de iluminação. 

 
2. Robôs Móveis Autônomos (AMR):Os AMRs são parte integrante da operação de fábricas, armazéns, lojas de varejo e centros de distribuição, lidando com tarefas como separação de itens e distribuição de mercadorias. Os AMRs são parte integrante da operação de instalações de fabricação, armazéns, lojas de varejo e centros de distribuição, lidando com tarefas como coleta, transporte e classificação de itens sem supervisão humana direta. AMRs, pois requerem processamento mínimo para detecção de objetos e criação de mapas, tornando-os uma solução ideal para essas aplicações.

 
O advento das tecnologias de detecção de profundidade 3D

O advento das tecnologias de detecção de profundidade 3D, particularmente o LiDAR, revolucionou a maneira como percebemos e interagimos com nosso ambiente. Desde o aprimoramento das capacidades dos veículos autônomos até a simplificação das operações em ambientes industriais, o impacto do LiDAR é de longo alcance. As tecnologias continuam a evoluir, suas aplicações só se expandirão, integrando-se ainda mais em nossas vidas diárias e moldando o futuro da tecnologia.
 
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