Công nghệ LiDAR là gì?Nó giúp đo độ sâu như thế nào?

Công nghệ cảm biến là công nghệ quan trọng cho các hệ thống thị giác nhúng, và với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, ngày càng có nhiều công nghệ tiên tiến xuất hiện trong lĩnh vực công nghệ cảm biến độ sâu 3D, bao gồm nhưng không giới hạn ở Phát hiện và phạm vi ánh sáng (LiDAR), Tầm nhìn âm thanh nổi và Thời gian bay (ToF). Những công nghệ này đóng một vai trò không thể thiếu trong các ngành công nghiệp như lái xe tự động và tự động hóa nhà máy. Chúng tôi đã tìm hiểu vềMô-đun máy ảnh ToFTrước.
 
Công nghệ lidar là giải pháp cảm biến độ sâu 3D có độ chính xác cao mang lại những lợi thế lớn về độ chính xác, phạm vi và tốc độ đo. Mô hình 3D của các vật thể và môi trường, còn được gọi là đám mây điểm, được tạo ra bằng cách bắn các xung laser và đo thời gian cần thiết để chúng phản xạ trở lại. Công nghệ này không chỉ cải thiện độ an toàn của xe tự lái mà còn cho thấy tiện ích tuyệt vời trong các lĩnh vực như lập bản đồ địa lý, mô hình tòa nhà và giám sát môi trường.

 
Lịch sử phát triển của công nghệ cảm biến độ sâu 3D

Công nghệ cảm biến độ sâu 3D lần đầu tiên bắt nguồn từ công nghệ camera âm thanh nổi thụ động. Công nghệ này đạt được nhận thức chiều sâu bằng cách tính toán chênh lệch điểm ảnh giữa hai cảm biến hoạt động song song. Mặc dù rất thực tế, nhưng nó vẫn phải tuân theoánh sáng yếuđiều kiện và phụ thuộc nhiều vào kết cấu của các đối tượng trong cảnh. Để giải quyết những thiếu sót của camera âm thanh nổi thụ động, các kỹ thuật thị giác âm thanh nổi chủ động đã xuất hiện.
 
Công nghệ thị giác âm thanh nổi chủ động sử dụng máy chiếu có hoa văn hồng ngoại để chiếu sáng cảnh, giúp cải thiện hoạt động trong điều kiện ánh sáng kém và khi kết cấu vật thể không rõ ràng. Tuy nhiên, nó không có cách nào để cung cấp một phạm vi rộng (trong vòng 10) các phép đo độ sâu và dữ liệu thu được yêu cầu xử lý thêm để tính toán độ sâu, điều này làm tăng gánh nặng tính toán đồng thời ảnh hưởng đến bản chất thời gian thực của các phép đo. Đây là lúc những ưu điểm của công nghệ LiDAR xuất hiện.

 
Công nghệ LiDAR là gì?

LiDAR là viết tắt của gì?Công nghệ LiDAR, hay Light Detection and Ranging, là một công nghệ viễn thám tiên tiến tính toán khoảng cách chính xác của một vật thể bằng cách phát ra các xung laser và đo thời gian cần thiết để các xung đó phản xạ trở lại từ vật thể mục tiêu. Cách tiếp cận này cho phép máy quét lidar tạo ra các mô hình 3D chi tiết, còn được gọi là đám mây điểm, lập bản đồ chính xác các đường viền của các đối tượng và môi trường. Công nghệ LiDAR hoạt động theo cách tương tự như radar (RADAR) nhưng sử dụng laser thay vì sóng vô tuyến và có khả năng truyền tín hiệu laser với tốc độ lên đến 160.000 lần mỗi giây, cho phép nhắm mục tiêu nhanh chóng và chính xác các đối tượng. cho phép đo nhanh chóng, chính xác các đối tượng mục tiêu.
Công thức tính khoảng cách của một vật thể như sau:

Khoảng cách của vật thể = (Tốc độ ánh sáng x Thời gian bay) / 2.

 
Công thức này minh họa cách công nghệ LiDAR sử dụng tốc độ ánh sáng và thời gian bay của xung ánh sáng để tính toán khoảng cách, đảm bảo các phép đo có độ chính xác cao và đáng tin cậy.

 
Hai loại công nghệ LiDAR chính

Hệ thống LiDAR được phân loại thành hai loại chính dựa trên chức năng của chúng: quét ánh sáng xanh trên không và LiDAR trên mặt đất.

 
LiDAR trên không

Cảm biến công nghệ lidar 3D trên không, thường được gắn trên máy bay không người lái hoặc máy bay trực thăng, phát ra xung ánh sáng xuống mặt đất và thu các xung quay trở lại để đo chính xác khoảng cách. Công nghệ này có thể được chia thành LIDAR tô pô, được sử dụng để lập bản đồ bề mặt đất và LIDAR đo độ sâu, sử dụng ánh sáng xanh để xuyên qua nước biển và đo độ cao của đáy biển và lòng sông.

 
Lidar trên đất liền

Hệ thống LIDAR trên mặt đất được gắn trên các phương tiện mặt đất hoặc chân máy cố định và được sử dụng để lập bản đồ các đặc điểm tự nhiên của các tòa nhà và giám sát đường cao tốc. Các hệ thống này cũng có giá trị để tạo ra các mô hình 3D chính xác của các di tích lịch sử. Máy quét lidar mặt đất có thể được phân loại thành LiDAR di động cho các phương tiện di chuyển và LiDAR tĩnh cho các phương tiện cố định.

 
Cách thức hoạt động của máy ảnh LiDAR

Hoạt động của công nghệ LiDAR liên quan đến một số thành phần chính.

1. Nguồn laser:Phát ra xung laser ở các bước sóng khác nhau, với các nguồn phổ biến bao gồm laser ngọc hồng lựu nhôm yttrium pha tạp neodymium (Nd-YAG). Công nghệ lidar địa hình thường sử dụng bước sóng 1064nm hoặc 1550nm để đảm bảo an toàn, trong khi Bathymetric LiDAR sử dụng laser 532nm để thấm nước.
2. Máy quét và quang học:Sử dụng gương làm lệch hướng để điều khiển chùm tia laser, đạt được Trường nhìn rộng (FoV) và khả năng quét tốc độ cao.
3. Detector:Thu ánh sáng phản xạ từ chướng ngại vật, thường sử dụng bộ tách quang trạng thái rắn như điốt quang tuyết lở silicon hoặc bộ nhân quang. Bộ thu GPS: Ở chế độ trên không, bộ thu GPS là bộ thu GPS.
4. Bộ thu GPS:Trong các hệ thống trên không, theo dõi độ cao và vị trí của máy bay, rất quan trọng để đo độ cao địa hình chính xác. 
5. Đơn vị đo lường quán tính (IMU):Theo dõi tốc độ và hướng của xe, đảm bảo định vị chính xác các xung laser trên mặt đất.

 
Các ứng dụng chính của công nghệ LiDAR

Ứng dụng LiDAR là gì?Hiểu hoạt động của cảm biến LiDAR là điều cần thiết, nhưng các ứng dụng trong thế giới thực của chúng là nơi công nghệ thực sự tỏa sáng.
 
1. Xe và thiết bị tự lái:Máy móc tự động, chẳng hạn như máy bay không người lái, máy kéo tự động và cánh tay robot, dựa trên 3Dnốt sần camera cảm biến độ sâuđể phát hiện chướng ngại vật, định vị và sử dụng xung laser trên mặt đất. Cảm biến LiDAR cung cấp chùm tia laser xoay 360 độ, cung cấp chế độ xem toàn diện để tránh chướng ngại vật và thao tác đối tượng. Cảm biến LiDAR cung cấp chùm tia laser xoay 360 độ, cung cấp chế độ xem toàn diện để tránh chướng ngại vật và ngăn ngừa va chạm. Việc tạo hàng triệu điểm dữ liệu theo thời gian thực cho phép tạo bản đồ chi tiết về môi trường xung quanh, cho phép điều hướng an toàn trong các điều kiện thời tiết và ánh sáng khác nhau. 

 
2. Robot di động tự động (AMR):AMR là một phần không thể thiếu trong hoạt động của các cơ sở sản xuất, nhà kho, cửa hàng bán lẻ và trung tâm phân phối, xử lý các nhiệm vụ như chọn hàng và phân phối hàng hóa. AMR là một phần không thể thiếu trong hoạt động của các cơ sở sản xuất, nhà kho, cửa hàng bán lẻ và trung tâm phân phối, xử lý các nhiệm vụ như chọn hàng, vận chuyển và phân loại mà không cần sự giám sát trực tiếp của con người. AMR, vì chúng yêu cầu xử lý tối thiểu để phát hiện đối tượng và tạo bản đồ, khiến chúng trở thành một giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng này.

 
Sự ra đời của công nghệ cảm biến độ sâu 3D

Sự ra đời của các công nghệ cảm biến độ sâu 3D, đặc biệt là LiDAR, đã cách mạng hóa cách chúng ta nhận thức và tương tác với môi trường của mình. Từ việc nâng cao khả năng của xe tự hành đến hợp lý hóa hoạt động trong môi trường công nghiệp, tác động của LiDAR rất sâu rộng. Công nghệ tiếp tục phát triển, ứng dụng của chúng sẽ chỉ mở rộng, tích hợp hơn nữa vào cuộc sống hàng ngày của chúng ta và định hình tương lai của công nghệ.
 
Với hơn 14 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thị giác nhúng,Miền Trung Quốccam kết giúp khách hàng của chúng tôi cung cấp các mô-đun máy ảnh phù hợp để tích hợp vào sản phẩm của họ và chúng tôi đã làm việc với một số công ty máy bay không người lái và robot để tích hợpMáy ảnh độ sâu của chúng tôivào sản phẩm của họ. Nếu bạn quan tâm, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.