Что такое LIDAR и как он работает (2 видео)

Lidar (от английского «light detection and ranging») – это технология дистанционного зондирования, которая использует лазерный луч для измерения расстояний и создания точных карт окружающей среды. Lidar позволяет учитывать сложные факторы, такие как террейн, высота, дистанция и форма объектов. Эта техника активного зондирования широко используется в географии, геодезии, аэрокосмической индустрии и автономных системах.

Основной принцип работы lidar заключается в отправке импульса лазерного света и измерении времени его отражения от поверхности. Прибор состоит из лазерного источника, приемника, а также набора оптических элементов. Лазер генерирует короткие импульсы света, которые направляются вокруг себя. При попадании на поверхность, часть света отражается обратно к детектору, который фиксирует время, затраченное на прохождение сигнала туда и обратно. Измеряя эту задержку времени, lidar определяет расстояние между устройством и объектом.

Одним из преимуществ lidar является его способность собирать точные данные в реальном времени. Благодаря высокой частоте и точности измерений, lidar широко применяется в автономных транспортных средствах для создания карт окружающей среды, обнаружения препятствий и навигации. Он также используется в археологии для создания детальных 3D-моделей архитектурных объектов и в экологических исследованиях для измерения высоты деревьев, мониторинга растительности и оценки плотности лесного покрова.

Содержание

Что такое lidar?
Определение и применение
Основные компоненты системы
Как работает lidar?
Принцип работы
Типы и методы сканирования
💡 Видео

Видео:Как работает LiDAR? РАЗБОРСкачать

Что такое lidar?

Lidar используется в различных отраслях, таких как геодезия, геология, археология, автомобильная промышленность и многое другое. Он также активно применяется в автономных транспортных системах и дронов, где точность измерений и пространственная информация играют важную роль.

Основные компоненты lidar-системы включают в себя лазерный источник, оптическую систему для формирования лазерного луча, приемник для регистрации отраженного сигнала, а также устройство для измерения времени прохождения сигнала.

Принцип работы lidar основан на излучении очень короткого импульса лазерного света и измерении времени, за которое он отражается от объектов и возвращается обратно к приемнику. Зная скорость света, система может определить расстояние до объекта с высокой точностью.

Существует несколько типов и методов сканирования, используемых в lidar, включая аэрозондирование, террестриальную лазерную сканирование и сканирование с помощью мобильных платформ.

Определение и применение

Lidar нашел широкое применение в различных областях, включая географическое информационное моделирование, мобильную картографию, навигацию, автономную транспортную систему, гражданскую инженерию, архитектуру и строительство, аэрокосмическую промышленность и другие.

В географическом информационном моделировании lidar используется для создания точных и подробных цифровых моделей рельефа, поверхностей и объектов местности. Это важно для таких задач, как планирование городской инфраструктуры, управление ресурсами, изучение изменений климата и прогнозирование естественных бедствий.

Мобильная картография с применением lidar позволяет создавать высокоточные трехмерные модели городской среды, дорог, зданий и других объектов. Это необходимо для разработки автомобильных систем помощи водителю, развития умного города и создания виртуальной реальности.

В навигации lidar может использоваться для измерения расстояния до ближайших объектов и создания карты препятствий. Это помогает навигационным системам автоматически избегать столкновений и обеспечивать безопасное передвижение.

В автономной транспортной системе lidar играет важную роль в создании различных датчиков и систем обнаружения, которые позволяют автономным транспортным средствам определять препятствия, распознавать знаки и сигналы, а также правильно маневрировать в различных дорожных ситуациях.

В гражданской инженерии lidar используется для обследования и проектирования инфраструктуры, включая дороги, мосты, аэропорты и промышленные сооружения. Это помогает улучшить процесс строительства и снизить риски возникновения проблем в будущем.

Аэрокосмическая промышленность применяет lidar для создания трехмерных моделей земли и поверхности планет, изучения климата, обнаружения изменений в растительности и контроля атмосферных явлений.

Таким образом, lidar является мощным инструментом, который находит применение во многих сферах деятельности и позволяет получить точные и полезные данные о мире вокруг нас.

Основные компоненты системы

Основные компоненты системы lidar включают:

Лазерный источник — генерирует лазерный луч с высокой мощностью и малым диаметром. Лазеры используются для точного и точечного излучения на объекты, которые требуют измерения расстояния. Различные типы лазерных источников могут быть использованы в зависимости от требуемых характеристик излучения.
Отражатель (или приемник) — принимает отраженный лазерный сигнал от объектов, на которые был излучен лазер, и преобразует его в электрический сигнал для дальнейшей обработки. Отражатели могут быть фотодиодами, фоторезисторами или другими типами фотодетекторов.
Оптическая система — направляет лазерное излучение на объекты и собирает отраженные сигналы. Эта система может включать в себя линзы, зеркала и другие оптические элементы для фокусировки и направления лазерного излучения.
Детекторы и сенсоры — преобразуют электрический сигнал, полученный от отражателя, в цифровую информацию. Эти сенсоры могут быть CCD или CMOS матрицами или другими типами детекторов, способных регистрировать и анализировать световые сигналы.
Система обработки данных — обрабатывает полученную информацию и генерирует трехмерную точечную облако точек, которое представляет поверхность и структуру окружающей среды. Это включает в себя фильтрацию шумов, компенсацию движения и другие алгоритмы обработки данных.

Эти основные компоненты работают вместе для получения точных и надежных данных о расстояниях и форме объектов в окружающей среде. Лидар является одной из ключевых технологий в области дистанционного зондирования и играет важную роль во многих приложениях, где необходимо точно измерять и анализировать окружающую среду.

Видео:Как работает LiDAR в iPhone?Скачать

Как работает lidar?

Lidar (от английского Laser Imaging Detection and Ranging) работает на основе принципа активного оптического зондирования с использованием лазера. Он излучает мощный лазерный импульс в невидимом инфракрасном диапазоне и затем измеряет время, которое требуется для отраженного сигнала для возврата обратно.

Когда лазерный импульс достигает объекта, его часть отражается обратно к детектору в lidar, который измеряет время задержки между излучением лазера и получением отраженного сигнала. Применяя знание скорости света, lidar определяет расстояние до объекта.

Помимо измерения расстояния, lidar также может измерять другие характеристики объекта, такие как его форма, размер, скорость и даже химический состав поверхности. Эти данные могут быть использованы для создания точной 3D-карты окружающей среды.

Lidar обычно используется в автономных транспортных средствах, таких как автомобили без водителя, для обнаружения и отслеживания препятствий и создания карты окружающей среды. Он также широко применяется в других областях, включая удаленное зондирование Земли, аэрокосмическую съемку, археологию и геодезию.

В целом, lidar представляет собой важный инструмент для снятия точных и детализированных данных о окружающем мире, что делает его неотъемлемой частью многих современных технологий и научных исследований.

Принцип работы

Принцип работы lidar (Light Detection and Ranging) основан на использовании лазера для измерения расстояния до объектов. В основе системы лежит принцип времени пролета лазерного луча.

Вначале лидар испускает короткий лазерный импульс в сторону объекта. Затем, когда лазерный луч попадает на поверхность объекта, часть излучения отражается и возвращается обратно к лидару. Лидар регистрирует время прохождения лазерного импульса до объекта и обратно.

Измерение времени прохождения лазерного импульса позволяет определить расстояние до объекта с высокой точностью. Путем сканирования окружающей среды лидаром можно создать точную трехмерную карту объектов и их расстояний.

Важной частью принципа работы лидара является использование фотодетектора для регистрации отраженного лазерного излучения. Фотодетектор преобразует световой сигнал в электрический, который затем обрабатывается, вычисляется время прохождения и регистрируется расстояние до объекта.

Для создания точной карты окружающей среды лидар сканирует пучок лазерного света по горизонтальной и вертикальной плоскости. Это позволяет получить точки данных о расстоянии и положении объектов. Затем эти точки данных обрабатываются и объединяются для создания трехмерной модели окружающей среды.

Типы и методы сканирования

Системы LIDAR могут использовать разные типы и методы сканирования в зависимости от потребностей и задачи. Ниже описаны наиболее распространенные типы сканирования:

1. Точечное (или одиночное) сканирование — это самый простой и основной метод сканирования. В этом случае лазерная система измеряет время, за которое отраженный лазерный луч возвращается к приемнику, и на основе этого расстояния. Точечное сканирование позволяет получать точные данные о глубине, но сканирует только одну точку за раз.

2. Сканирование с одним линейным массивом — этот метод использует лазер с одним или несколькими линейными массивами детекторов. Он позволяет получать данные по широкой области горизонтального направления, но ограничен в вертикальном направлении.

3. Сканирование с матричным массивом — этот метод использует лазер с матричным массивом детекторов. Он позволяет получать данные одновременно по горизонтальной и вертикальной оси, что обеспечивает более полное и точное представление окружающей среды.

Кроме того, существуют различные методы сканирования:

1. Механическое сканирование: лазерная головка поворачивается с помощью механизма сканирования для осуществления сканирования области вокруг.

2. Стационарное сканирование: лазерная головка установлена на определенной позиции и сканирует окружающую среду с помощью зеркала или призмы.

3. Передвижное сканирование: лазерная головка прикреплена к подвижному объекту, такому как автомобиль или дрон, и сканирует окружающую среду во время движения.

Каждый из этих типов и методов сканирования имеет свои преимущества и недостатки и подходит для различных применений. Благодаря разнообразию вариантов, системы LIDAR могут быть эффективно использованы в самых разных областях, таких как топография, архитектура, метеорология, автомобильная промышленность и многое другое.