Трехмерная система наблюдения LiDAR использует технологию лазерного сканирования для достижения высокоточного восприятия окружающей среды. Эта технология широко используется в сфере городского планирования, мониторинга инфраструктуры и автономного вождения. Такие системы могут генерировать данные облака точек с точностью до миллиметра, что может предоставить надежную трехмерную пространственную информацию для принятия решений. Благодаря снижению затрат на оборудование и оптимизации алгоритмов сценарии его применения быстро расширяются от профессиональной сферы до гражданского рынка.
Как системы LiDAR измеряют расстояние
Система лазерного обнаружения и измерения дальности измеряет расстояние, вычисляя разницу во времени от излучения до приема лазерного импульса. Устройство излучает лазерный луч в сторону цели. После попадания на объект часть фотонов возвращается к датчику. Высокоточное устройство синхронизации фиксирует время между ними. Поскольку известно, что скорость света постоянна, точные значения расстояния можно рассчитать, опираясь на разницу во времени. Этот метод измерения может поддерживать точность сантиметрового уровня в диапазоне километров, что намного лучше, чем у традиционных радиолокационных систем.
Современный LiDAR обычно использует многодиапазонные лазеры для одновременных измерений, что позволяет эффективно преодолеть ограничение, заключающееся в том, что одна длина волны подвержена воздействию помех окружающей среды. Например, в районах с густой растительностью ближние инфракрасные лазеры могут проникать в промежутки между листьями и получать данные о поверхности, а зеленые лазеры могут обнаруживать подводную местность. Объединив результаты измерений различных длин волн, система может реконструировать более полную трехмерную сцену и предоставлять глобальные услуги по закупкам слаботочных интеллектуальных продуктов!
Как создать данные трехмерного облака точек
Только одна точка лазерной локации содержит информацию о местоположении. Лазерный луч движется по заданной траектории через механизм сканирования, и можно получить массивную коллекцию пространственных точек. Методы сканирования включают механическое вращение, микрозеркало MEMS, твердотельную фазированную решетку и другие типы. В механическом типе используется двигатель, приводящий в движение передатчик и обеспечивающий охват на 360°, а в полупроводниковом решении используется электронное управление для достижения быстрого отклонения.
Постобработка облака точек включает в себя такие этапы, как регистрация координат, фильтрация шума и реконструкция поверхности. Регистрация координат объединяет облака точек, собранные на разных станциях, в глобальную систему координат. Обычно выравнивание на уровне миллиметра достигается с помощью итеративного алгоритма ближайшей точки. Фильтрация шума удаляет точки падения посредством статистического анализа и проверки окрестности и, наконец, создает трехмерную модель, которую можно использовать для измерений с помощью триангуляционной сетки.
Применение LiDAR в автономном вождении
С помощью LiDAR автономные транспортные средства могут постоянно обнаруживать окружающие препятствия и чувствовать зону движения. Система сканирует окружающую среду на частоте 10-30Гц. Каждое сканирование генерирует десятки тысяч точек измерения для точного определения транспортных средств, пешеходов, бордюров и других целей. Посредством анализа временных рядов данные многокадрового облака точек могут рассчитать скорость и траекторию движения объекта, тем самым обеспечивая входные данные для алгоритма прогнозирования.
В практических приложениях LiDAR, камеры и радары миллиметрового диапазона формируют взаимодополняющее восприятие. LiDAR обеспечивает точные пространственные контуры, камеры дополняют информацию о текстуре и цвете, а радары обеспечивают надежное обнаружение в плохую погоду. Это решение для объединения нескольких датчиков значительно повышает резервирование системы и обеспечивает безопасную работу даже в случае выхода из строя некоторых датчиков.
Преимущества LiDAR при картографировании местности
По сравнению с традиционной аэрофотосъемкой, бортовой LiDAR может напрямую получать трехмерные координаты, не подвергаясь влиянию теневой окклюзии. Лазерный луч может проникать в промежутки между растительностью и получать реальную модель поверхности, что имеет решающее значение для моделирования наводнений и инженерных расчетов. В процессе геологических исследований путем сравнения данных облаков точек разных периодов можно точно отслеживать деформации миллиметрового уровня, такие как оползни и движение ледников.
При съемке и составлении карт на уровне города мобильная измерительная система устанавливает LiDAR на верхнюю часть автомобиля для сбора данных с улицы при нормальной скорости движения. Он способен предоставлять базовые данные для интеллектуального строительства города и получать пространственное расположение уличных фонарей, знаков и других уличных объектов, не прерывая движение транспорта. Собранные облака точек также могут автоматически определять высоту зданий, тем самым значительно повышая эффективность съемки, картографирования и измерений.
Как правильно выбрать устройство LiDAR
При выборе оборудования необходимо всесторонне учитывать такие факторы, как диапазон измерения, точность, скорость сканирования и адаптируемость к окружающей среде. Топографическая съемка обычно требует дальности измерений более 1000 метров и возможности приема нескольких эхосигналов. Навигация внутреннего робота может больше фокусироваться на компактной конструкции, контроле энергопотребления, скорости сканирования и определении плотности облака точек. Для высокоскоростных сценариев необходимо выбрать систему с уровнем в миллион точек в секунду.
В промышленных применениях также необходимо учитывать уровень защиты и температурную адаптацию. В шахтах пыль рассеяна, а на строительной технике сильная вибрация. В таких случаях оборудование должно соответствовать стандартам уровня защиты IP67 и работать в диапазоне рабочих температур от -40°C до 85°C. В то же время необходимо уделить внимание сертификации лазеров разных длин волн по безопасности для глаз человека. В частности, оборудование, используемое в густонаселенных районах, должно соответствовать лазерным стандартам класса 1.
Будущие тенденции развития технологии LiDAR
Основным направлением отрасли становится твердотельный LiDAR, который использует оптическую фазированную решетку или технологию Flash для обеспечения сканирования без движущихся частей. Это не только повышает надежность системы, но и снижает стоимость традиционных продуктов до одной десятой. Ожидается, что к 2025 году цена твердотельного LiDAR, установленного на автомобиле, превысит порог в 500 долларов США, что будет способствовать крупномасштабному массовому производству систем автономного вождения L3.
На уровне алгоритмов глубокое обучение широко используется при семантической сегментации облаков точек. С помощью 3D-сверточных нейронных сетей система может идентифицировать различные объекты в облаках точек и получать их атрибуты в режиме реального времени. После объединения с периферийными вычислениями 5G, обращенными в будущее, система LiDAR может напрямую выводить структурированную информацию об окружающей среде, тем самым снижая вычислительную нагрузку на основную систему. Предоставляйте глобальные услуги по закупкам слабых текущих интеллектуальных продуктов!
В вашей практике, что касается технологии LiDAR, является ли наиболее распространенной проблемой сложность обработки данных или ограничение стоимости оборудования? Добро пожаловать, чтобы поделиться своим собственным опытом в области комментариев. Если эта статья полезна для вас, пожалуйста, поставьте ей лайк, чтобы поддержать ее и поделиться ею с другими коллегами.
Добавить комментарий