Lysdetektion og rækkevidde (LiDAR) er en etableret metode til fjernfølingsteknologi med lovende potentiale til at hjælpe med kortlægning, overvågning og vurdering af overflader og objekter. LiDAR-teknologi giver forskere og fagfolk mulighed for at undersøge naturlige og menneskeskabte miljøer med nøjagtighed, præcision og fleksibilitet.

Det sidste årti oplevede multifold vækst i LiDAR-teknologi. Denne teknologi har erstattet konventionelle landmålingsteknikker inden for flere domæner. LiDAR bruges ofte til at skabe kort i høj opløsning med applikationer inden for landmåling, arkæologi, geografi, seismologi, skovbrug og atmosfærisk fysik. Det bruges også til kontrol og navigation til autonome biler og robotter. Denne artikel vil forklare det grundlæggende i LiDAR-teknologi, driftsprincipper for LiDAR-sensorer og nogle eksempler på rutinemæssig LiDAR-brug.

Hvad er LiDAR

LiDAR, også kaldet LADAR eller laseraltimetri, er en optisk sensorteknologi, der udsender intense, fokuserede stråler af pulserende laserenergi og måler den tid, det tager, at reflektioner detekteres af sensoren. Denne information bruges til at beregne områder eller afstande til objekter. På denne måde er LiDAR analog med RADAR (Radio Detecting and Ranging), bortset fra at det er baseret på diskrete pulser af laserlys i stedet for radiobølger. Et LIDAR-system genererer et nøjagtigt 2D- eller 3D-kort over omgivelserne og objekter ved at sende disse lysimpulser. Det andet aspekt af LiDAR er, at det også kan bestemme et objekts optiske egenskaber, såsom reflektionsevne og absorption. Dette giver i sidste ende materielle data om et objekt, og det er fjernt - hvilket gør teknologien perfekt til kortlægning.

Laserkort
Figur1: Laserkortlagte 3D-modeller fra LiDAR fra UK National TreeMap (Bluesky data)

LiDAR-systemer er aktive systemer, da de udsender lysimpulser og registrerer reflekteret lys. Mange LiDAR-systemer fungerer i det nær-infrarøde område (f.eks. 1064 nm) af det elektromagnetiske spektrum, selvom nogle sensorer også fungerer i det grønne bånd for at trænge ind i vand og opdage bundfunktioner. LiDAR er en relativt kortvarig sensorteknologi. De fleste kommercielle LiDAR-sensorer kan føle op til 100 meter, og mere avancerede kan nå 200 meter.

LiDAR-teknologi giver utroligt nøjagtige, ensartede resultater. Teknologien har udfaset adskillige andre teknologier og sensorer, der ikke er præcise nok til detektion og datakapsling. For mange udfordringer, såsom scanning mellem objekter, er LiDAR en levedygtig teknologi. Det tilbyder en hurtig, præcis og direkte metode til kortlægning, mens der produceres nøjagtige og let at analysere data.I mobilitetsapplikationer, hvor der er behov for høj præcision og pålidelighed, vinder LiDAR-teknologien hurtigt popularitet. LiDARs robuste ydeevne, udvidede rækkevidde og et par centimeter afstandsnøjagtighed gør det muligt at registrere genstande hurtigt i en ekstremt høj opløsning og ensartet dække store områder.

Sådan fungerer LiDAR

LIDAR-systemet indeholder en laserindretning, en navigationsinertial måleenhed (IMU), et højpræcisions luftbåret Global Positioning System (GPS) og en computergrænseflade. Teknologien bruger ultraviolet, synligt eller næsten infrarødt lys til billedobjekter. Laseren udsender lysimpulser og registrerer det lys, der reflekteres af objekterne. Sensoren måler tiden mellem laserimpulsens emission og retur og beregner den tilbagelagte afstand. Den tilbagelagte afstand konverteres derefter til højde. Disse målinger foretages ved hjælp af et LiDAR-systems nøglekomponenter, herunder en GPS, der identificerer X, Y, Z-placeringen af lysenergien og en IMU, der giver orienteringen. Denne proces kaldes også ”Time of Flight” (ToF) måling (figur 2). Moderne LiDAR-systemer er tilstrækkeligt kraftige til at affyre op til 900.000 impulser hvert sekund.

Objektets afstand = Lysets hastighed x rejsetid/2

Blokdiagram
Figur2a: Blokdiagram over LiDAR-teknologi

En LiDAR replikerer denne proces en million gange i sekundet og opsummerer resultaterne i et high-definition 3D-kortsystem. Dette 3D-kort indeholder nemme at analysere data, der bruges til at træffe beslutninger. Et LiDAR-system måler den forløbne tid, det tager for udsendt lys at rejse til jorden og tilbage.

Afstandsmåling
Figur2b: Afstandsmåling i LiDAR-system

Anvendelser af LiDAR

LiDAR er historisk set blevet brugt både på land og i luften. Disse anvendelser egner sig til tre hovedtyper af LiDAR-systemer - luftbåren, jordbaseret og satellit LiDAR. Luftbåren LiDAR bruges gennem helikoptere eller droner til dataindsamling. Jordbaseret LiDAR er installeret på køretøjer i bevægelse eller på stationære stativer. Disse typer LiDAR-systemer er perfekte til modellering og observation af statisk topografi. Satellit- eller rumbårne LIDAR-platforme er monteret på satellitter, der kredser om Jorden og har tendens til at dække store områder, men med mindre detaljer.

LiDAR-teknologi, med sin unikke evne til at give pålidelig detektion og spænder med høj opløsning og præcision, finder anvendelse i flere industrier og applikationer. Teknologien har spændt over vellykkede casestudier inden for landmåling, arkæologi, skovbrug, badymetri, biologi og bevarelse, atmosfære, minedrift, geologi og optimering af vindmølleparker. LiDAR-anvendelsesområder, med fremskridt inden for andre grene af videnskab og teknologi, er nu udvidet og bruges til at nå adskillige udviklingsmål, hvoraf nogle er:

LiDAR til augmented reality:

En LiDAR-scanner giver ultradetaljeret 3D-kortlægning, der giver augmented reality-systemer mulighed for at lægge data oven på et præcist og pålideligt kort. En LiDAR-oprettet punkt sky-scanner forbedrer nøjagtigheden af augmented reality-oplevelser.

LiDAR fra rummet:

LiDAR-systemer udvikler sig til flere rumapplikationer, hvor billeddannelse er nødvendig for at identificere sikre landingssteder for køretøjer, docking og kørsel. LiDAR-teknologisatellitter bruges også til at kortlægge og generere klimaforudsigelsesmodeller af Jorden og andre himmellegemer.

LiDAR til autonome biler:

LiDAR-teknologi er en praktisk løsning, der muliggør detektion af forhindringer, undgåelse og sikker navigation gennem forskellige miljøer i forskellige køretøjer. Teknologien sprinkles over mange kritiske bil- og mobilitetsapplikationer, herunder Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) og autonom kørsel.

LiDAR og IoT:

Et par facetter af LiDAR gør det særligt nyttigt i specifikke Tingenes internet (IoT) applikationer. LiDAR-løsninger spiller en central rolle i opfyldelsen af IoT's løfte - øget sikkerhed, produktivitet og effektivitet på tværs af en lang række applikationer til smarte byer, infrastruktur, landbrug, medicinsk, detailhandel og videre

LiDAR til 3D-udskrivning:

Det er allerede muligt at oprette 3D-trykte objekter gennem fotografisk modellering. Med LiDAR kan meget mere detaljerede modelleringsdata abstraheres for endnu mere interessante 3D-udskrivningsprojekter.

ON Semiconductor har introduceret et enkelt punkt direkte Time of Flight (dToF) lysdetektering og rækkevidde (LiDAR) SECO-RANGEFINDER-GEVK udviklingssæt-løsning, der drives af Silicon Photomultiplier (SiPM) teknologi. SiPM-teknologien, der anvendes i enheden, hjælper med at give hurtig responstid og høj detektionseffektivitet; dette hjælper med at overvinde udfordringerne i traditionelle fotodioder-baserede løsninger.

Udviklingssæt
Figur3: ON Semiconductor dTOF lysdetektering og rækkevidde-udviklingssæt

Enheden er designet med NIR-laserdioden, SiPM-sensoren, optikken og den digitale behandling, der er nødvendig for at konvertere de detekterede signaler til forløbet tid og efterfølgende forløbet tid til afstand. De genererede histogrammer gør enheden velegnet til forskellige applikationer såsom rækkevidde, kollisionsdetektering og 3D-kortlægning. SiPM dToF LiDAR-platformen kan registrere objekter i afstande mellem 10 cm og 23 m og giver out-of-the-box-drift med en dedikeret GUI.

I betragtning af den overflod af fordele udvikler LiDAR-teknologier og markeder sig fortsat hurtigt. LiDAR har vist sig at være uvurderlig, og væksten i forskellige områder vil gøre disse kraftfulde sensorer mere og mere tilgængelige i de kommende år. De tilbyder bemærkelsesværdige ydeevne fordele i forhold til andre teknologier og er kun et spørgsmål om tid, når LiDAR bliver go-to sensorer i de fleste brancher.

Hold dig informeret


Hold dig opdateret med de nyeste oplysninger og eksklusive tilbud!

Tilmeld dig nu

Databeskyttelse & Fortrolighedspolitik

Tak for din tilmelding

Godt klaret! Du er nu en del af en elitegruppe, der modtager de nyeste oplysninger om produkter, teknologier og applikationer direkte i din indbakke.

Udvalgte produkter

LiDAR-udviklingssæt

SECO-RANGEFINDER-GEVK

MICRORB-10010-MLP/NSVF4015SG4/NBA3N012C/NCP81074A, SiPM dToF LiDAR

Tekniske ressourcer

Artikler, e-bøger, webinarer og meget mere.
Holder dig opdateret med innovationer.