تکنولوژی LiDAR چیست؟ چگونه در اندازه گیری عمق کمک می کند؟

فناوری LiDAR (تشخیص و دسته‌بندی نوری) یک نوآوری کلیدی در سیستم‌های بینایی تعبیه‌شده محسوب می‌شود. مهندسان و متخصصان صنعتی به‌تدریج به این نتیجه می‌رسند که این فناوری ضروری است. این مقاله به‌طور جامع به اصول اساسی فناوری LiDAR ، کاربردهای متنوع آن و راه‌حل‌های عملی می‌پردازد. همچنین به بررسی مسیر آینده آن نیز خواهیم پرداخت.

LiDAR چیست؟

لیدار ، که مخفف عبارت Light Detection and Ranging است، یک فناوری پیشرفته سنجش از راه دور است. این فناوری به‌صورت دقیق فاصله تا اشیاء را اندازه‌گیری می‌کند. این کار را با ارسال پالس‌های لیزری و محاسبه زمان لازم برای بازگشت این پالس‌ها به سنسور انجام می‌دهد. این روش به اسکنرهای LiDAR برای ایجاد مدل‌های دقیق مدل‌های 3D , که به نام ابر نقاط . این مدل‌ها به‌طور دقیق پروفایل اشیاء و اطراف آن‌ها را می‌نگارند. این اصل اساسی، پایه‌ی تمام سیستم‌های لایدار .

لایدار کارکردی مشابه رادار (RADAR) دارد، اما تفاوتی اساسی دارد: این سیستم از لیزر به جای امواج رادیویی استفاده می‌کند . یک حسگر لایدار می‌تواند تا ۱۶۰ هزار سیگنال لیزری در ثانیه منتشر کند. این امر امکان اندازه‌گیری‌های سریع و بسیار دقیق را فراهم می‌کند از اشیای هدف است. فرمول محاسبه فاصله اشیاء ساده است: فاصله شیء = (سرعت نور × زمان پرواز) / 2 . این فرمول به وضوح نشان می‌دهد که چگونه فناوری LiDAR سرعت نور و زمان پرواز پالس نوری را به کار می‌گیرد. این موضوع باعث می‌شود اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق و قابل اطمینان . این عملکرد اصلی برای هر دوربین حس‌کننده عمق .

معنی لایدار: درک اصول اساسی آن

عبارت " معنی لایدار به‌طور مستقیم به عملکرد اساسی تکنولوژی اشاره می‌کند: استفاده از نور برای تشخیص و اندازه‌گیری فاصله. این دقت از چندین جزء کلیدی ناشی می‌شود که با هم درون یک دوربین لی‌دار است.

منبع لیزر

منبع لیزر، پالس‌های لیزری را در طول موجهای مختلفی منتشر می‌کند. منابع رایج شامل لیزرهای نئودیمیوم دوپه شده یگرنم (Nd-YAG) هستند. لی‌دار توپوگرافیک فناوری LiDAR اغلب از طول موجهای 1064nm یا 1550nm برای ایمنی استفاده می‌کند. با این حال، لی‌دار باتی‌متریک از لیزرهای 532nm برای نفوذ در آب استفاده می‌کند. این جزء قلب هر حسگر لایدار .

اسکنر و اپتیک

اسکنر از آینه‌های منحرف‌کننده برای هدایت پرتو لیزر استفاده می‌کند. این کار یک دید گسترده (FoV) و قابلیت اسکن با سرعت بالا را فراهم می‌کند. این توانایی پویا برای لیدار به سرعت جمع‌آوری داده‌های گسترده از محیط ضروری است. این موضوع لی‌دار را به یک ابزار قدرتمند تبدیل می‌کند راهکار سنجش عمق سه‌بعدی .

آشکارساز

دِتکتور نور بازتابیده از موانع را ثبت می‌کند. این دِتکتور معمولاً از فوتودیودهای حالت جامد، مانند فوتودیودهای آوانژه سیلیکونی (APDs) یا فوتومولتی‌پلایرها (PMTs) استفاده می‌کند. این امر حساسیت بالا را می‌دهد که حتی سیگنال‌های بازتابی ضعیف نیز به‌خوبی ثبت شوند. این موضوع اساس دقت لیدار .

گیرنده GPS و واحد اندازه‌گیری اینرسی (IMU)

در سیستم‌های لیدار هوایی , گیرنده GPS ارتفاع و موقعیت هواپیما را ردیابی می‌کند. این عامل برای اندازه‌گیری دقیق ارتفاع توپوگرافی . در همین حال، یک واحد اندازه‌گیری اینرسی (IMU) سرعت و جهت خودرو را نظارت می‌کند. این امر اطمینان می‌دهد که موقعیت‌گذاری دقیق ضربان‌های لیزری روی زمین به خوبی کار می‌کنند. این اجزا با هم کار می‌کنند و امکان سیستم‌های لایدار برای تحویل داده‌های سه‌بعدی با دقت و کارایی بالا را فراهم می‌کنند , راه‌حل‌های قوی برای کاربردهای متنوع و پیچیده ارائه می‌دهد. این هماهنگی آن را بسیار انعطاف‌پذیر می‌کند. دوربین لی‌دار بسیار چند منظوره می‌کند.

لایدار چگونه در عمل کار می‌کند؟

سیستم‌های لایدار به طور کلی بر اساس پلتفرم عملیاتی خود به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند: لیدار هوائی و لایدار مبتنی بر زمینه . هر نوع کاربردها و مزایای مخصوص به خود را دارد. این موضوع نشان می‌دهد که لایدار چگونه کار می‌کند در سناریوهای مختلف. این انواع مختلف فناوری LiDAR نیازهای متنوع صنعتی را پوشش می‌دهند.

لیدار هوائی

سنسورهای لی‌دار هوایی سه‌بعدی معمولاً روی پهپادها یا هلیکوپترها نصب می‌شوند. آن‌ها پالس‌های نوری را به سمت زمین منتشر کرده و پالس‌های بازگشتی را دریافت می‌کنند تا بتوانند فواصل را به‌دقت اندازه‌گیری کنند. این سیستم دارای دو زیرمجموعهٔ دیگر است: فناوری LiDAR دارای دو زیرمجموعهٔ دیگر است: لی‌دار توپوگرافیک برای مپ کردن سطوح زمینی، و لی‌دار باتی‌متریک . این نوع از نور سبز استفاده می‌کند تا بتواند آب دریاها را نفوذ کند و ارتفاع بستر دریاها و رودخانه‌ها را اندازه‌گیری کند. این امر آن را به یک ابزار ضروری برای نظارت بر محیط زیست .

لایدار مبتنی بر زمینه

سیستم‌های لی‌دار زمینی روی خودروها یا پایه‌های سه‌پایه ثابت نصب می‌شوند. این سیستم‌ها عمدتاً ویژگی‌های طبیعی ساختمان‌ها را نقشه‌برداری می‌کنند و بزرگراه‌ها را نظارت می‌کنند. این سیستم‌ها همچنین برای ایجاد مدل‌های سه‌بعدی دقیق از محوطه‌های تاریخی . بومی اسکنرهای LiDAR می‌تواند لیدار موبایل (برای خودروهای در حال حرکت) یا لیدار استاتیک (برای کاربردهای ثابت). این سیستم‌ها دقت بی‌همانندی برای تهیه جزئیات مدیریت دارایی و برنامه‌ریزی شهری .

دوربین لیدار: کاربردهای دنیای واقعی

درک اینکه چگونه سنسورهای لی‌دار عملیاتی بودن امری ضروری است. اما کاربردهای واقعی آن‌ها است که پتانسیل بزرگ تکنولوژی را برجسته می‌کند. تنوع کاربردی یک دوربین لی‌دار را در بسیاری از بخش‌ها بی‌ارزش می‌کند، مرزهای سیستم‌های بینایی فراگیر .

وسایل نقلیه و تجهیزات خودران

ماشین‌آلات خودکار , اتومبیل‌های خودران، کامیون‌ها، درون‌ها ، و دست‌های رباتیک , به شدت متکی است به ماژول‌های دوربین حس‌کننده عمق سه‌بعدی . این ماژول‌ها امکان تشخیص موانع , محل‌یابی با دقت بالا را فراهم می‌کنند ، و نقشه‌برداری محیطی . سنسورهای لی‌دار یک دسته لیزری چرخشی ۳۶۰ درجه فراهم می‌کنند. آنها میلیون‌ها نقطه داده در زمان واقعی تولید می‌کنند تا نقشه‌های دقیق ابر نقطه‌ای از محیط اطراف را ایجاد کنند. نقشه‌های ابر نقطه‌ای محیط اطراف. این امر به وسایل نقلیه اجازه می‌دهد به صورت ایمن حرکت کنند، پیشگیری دقیق از موانع و دستکاری دقیق اشیاء را در شرایط مختلف آب و هوایی و روشنایی انجام دهند. عملکرد قوی لیدار آن را اصلی‌ترین پایه‌گذار برای رانندگی مستقل .

ربات‌های متحرک خودمختار (AMR)

در واحد‌های تولیدی , انبارها , فروشگاه‌های خرده‌فروشی ، و مرکزهای توزیع , AMRs نقشی حیاتی ایفا می‌کنند. آنها مأموریت‌هایی مانند انتخاب اقلام، حمل و نقل و دسته‌بندی را بدون نظارت مستقیم انسانی انجام می‌دهند. لیدار یک راه‌حل ایده‌آل برای ربات‌های متحرک خودکار (AMR) است. این راه‌حل امکان ایجاد ارتباط سریع و کارآمد را فراهم می‌کند شناسایی اشیاء و ایجاد نقشه در مقایسه با سایر راه‌حل‌ها، لیزر اسکنر (LiDAR) دارای پردازش کمتر و قدرت بالاتر در کارهای زمان‌بندی شده برای ربات‌های متحرک خودکار (AMR) است. این امر عملکرد کارآمد و ایمن آنها را در محیط‌های داخلی پیچیده و پویا تضمین می‌کند. این موضوع قدرت فناوری LiDAR در اتوماسیون صنعتی .

نقشه‌برداری مکانی و مدل‌سازی ساختمان

فناوری LiDAR ضروری است در نقشه‌برداری مکانی , تحلیل زمین ، و برنامه‌ریزی شهری . این فناوری به‌صورت کارآمدی مدل‌های ارتفاعی دیجیتال (DEMs) و مدل‌های سطحی دیجیتال (DSMs) بسیار دقیقی ایجاد می‌کند. این داده‌ها اطلاعات اساسی برای برنامه‌ریزی کاربری اراضی، شبیه‌سازی سیل و مدیریت منابع فراهم می‌کنند. علاوه‌براین، لیدار به‌طور گسترده‌ای در مدل‌سازی اطلاعات ساختمان (BIM) و مدل‌سازی سه‌بعدی از محوطه‌های تاریخی . این فناوری شکل‌های هندسی و سازه‌های دقیق ساختمان‌ها را ضبط می‌کند. این امر طراحی، ساخت و حفظ و نگهداری را پشتیبانی می‌کند. این موضوع لیدار تأثیر متحول‌کننده‌ای را در فراتر از رباتیک نشان می‌دهد.

چالش‌های فناوری لیدار

با وجود مزایای قابل‌توجه فناوری LiDAR ، هنوز چندین چالش عملی را با خود به‌همراه دارد. درک این چالش‌ها به طراحی راه‌حل‌های مؤثرتری برای راه‌حل‌های لیدار .

اول از همه هزینه همچنان یک دغدغه اصلی است . با کارایی بالا سنسورهای لی‌دار اغلب گران هستند. این امر موجب محدود شدن استفاده گسترده از آنها در برخی از محصولات مصرفی بازار انبوه می‌شود. ثانیاً، شرایط آب و هوایی نامساعد , مانند مه سنگین، برف، یا باران شدید می‌تواند انتقال و بازتاب نور لیزر را به شدت محدود کند. این موضوع موجب کاهش عملکرد و دقت اطلاعات دوربین‌های لیدار علاوه بر این، پیچیدگی پردازش داده‌ها یک چالش قابل توجه است. لیدار حجم عظیمی از داده‌های ابر نقطه تولید می‌کند. این امر نیازمند توان محاسباتی قابل توجهی و الگوریتم‌های پیچیده برای پردازش و تحلیل در زمان واقعی است. این موضوع موجب افزایش بار سیستم و مصرف انرژی می‌شود.

در نهایت، اندازه فیزیکی و دشواری ادغام حسگرها نیز باید مورد توجه قرار گیرد. این موضوع به ویژه برای سیستم‌های بینایی فراگیر با محدودیت‌های شدید فضایی و وزنی مواجه هستیم. غلبه بر این چالش‌ها برای گسترش بیشتر فناوری LiDAR در صنایع بیشتری ضروری خواهد بود.

نتیجه‌گیری: آینده لی‌دار

ورود فناوری‌های سنجش عمق سه‌بعدی , به‌ویژه لیدار , بدون شک روش ما را برای درک و تعامل با محیط اطراف دگرگون کرده است. از بهبود قابلیت‌های وسایل نقلیه خودران تا بهینه‌سازی عملیات در محیط های صنعتی , تأثیر لی‌دار بسیار گسترده است. این فناوری تنها عملکرد را افزایش نداده است ایمنی و کارایی اما همچنین مسیرهای جدیدی را برای کاربردهای نوآورانه .

با پیشرفت این فناوری‌ها، سنسورهای لی‌دار در آینده کوچک‌تر، مقرون‌به‌صرفه‌تر و کارآمدتر خواهند شد. کاربردهای آنها تنها گسترش خواهد یافت و به‌صورت فزاینده‌ای در زندگی روزمره ما نفوذ کرده و آینده فناوری را شکل خواهد داد. پیشرفت مداوم در زمینه فناوری LiDAR نویدبخش نوآوری‌های هیجان‌انگیز است.

Sinoseen سابقه‌ای بیش از 14 سال تجربه غنی در در حوزه دید ماشینی . ما متعهدیم تا به مشتریان خود کمک کنیم تا مناسب‌ترین عملکرد بالا ماژول‌های دوربین را در محصولاتشان ادغام کنند. ما با بسیاری از بدون سرنشین و شرکت‌های رباتیک برای ادغام ماژول‌های دوربین عمقی ما دوربین‌های عمقی اگر علاقه‌مند به راه‌حل‌های لیدار یا ماژول‌های دوربین عمقی , هستید، احساس آزادی در تماس با ما برای بررسی امکانات آینده