В статье описана технология лидар, с помощью которой осуществляется лазерное сканирование объектов. Рассмотрены устройства, где реализована эта методика, а также описано применение лидаров в робототехнических комплексах.
Терминология и принцип работы лидара
Термин «лидар» – это аббревиатура. Полное выражение на английском языке: light identification, detection and ranging. Перевод: световое обнаружение и идентификация дальности.
В основе технологии лежит получение и обработка данных о различных удаленных объектах при помощи оптической системы. Локатор использует свойство света отражаться и рассеиваться в зависимости от степени прозрачности среды. Прибор способен получать информацию о твердых предметах и о жидкости.
Достоинства устройств лидар:
- мгновенная мощность луча;
- когерентность излучения;
- низкие потери, обусловленные малой длиной волны.
В совокупности указанные характеристики сделали оборудование незаменимым при анализе среды на расстоянии до нескольких километров.
При работе лазерный луч отражается от поверхностей, возвращается к прибору и улавливается фотоприемником. Частота – до 150 000 импульсов в секунду. Аппарат запоминает время прохождения сигнала, на основе чего формирует координаты предмета в пространстве:
- удаленность;
- размеры;
- геометрические особенности и пр.
Создается точная информация о цели в виде набора 3-мерных точек.
Laser lidar выпускается в 2 основных видах:
- Микроимпульсные – обладают небольшой мощностью и допускаются к использованию без соблюдения особых мер безопасности.
- Устройства с высокой энергией излучения, рассчитанные на исследования атмосферы. Они определяют параметры облаков; атмосферное давление ;силу ветра; влажность; содержание газов в воздухе.
Независимо от варианта устройства принцип действия лидар основан на применении одних и тех же систем.
Измерение расстояния
В лазерном дальномере используются разные типы лазера.
Распространенные длины волн:
- топографические сканеры – 1064 нм;
- батиметрические – 532 нм;
- наземные коммерческие приборы – 600-1000 нм;
- наземное научное оборудование – 1500 нм.
Эти значения выбираются с учетом факторов:
- свойства окружающей среды;
- отражающая способность изучаемых мест;
- чувствительность детектора;
- конструктивные требования к технике;
- допустимая степень безопасности излучения для зрения.
Сканирование
Для определения не только расстояния, но и обзора цели измеряется множество точек. Методы функционирования сканирующего лидара:
- качающееся зеркало – за счет изменения положения зеркала вокруг своей оси удается отсканировать нужную область и сформировать трехмерные данные;
- вращающаяся призма – более совершенный метод, в котором исключен недостаток зеркала в виде непостоянной скорости движения, здесь луч скачет по граням призмы и создает ряды точек;
- вращающееся зеркало – развертка формируется в виде эллиптической кривой, при этом каждая точка сканируется 2 раза;
- оптоволоконная подсистема – в отличие от названных механических методов оптоволоконный способ обеспечивает более стабильную геометрию сканирования, поскольку между оптическими каналами оборудования и оптоволокном связи фиксированы.
Ориентация и позиционирование
Подсистема нужна, чтобы для каждой точки измерялось абсолютное значение ее положения в пространстве. Так достигается высокая достоверность измерений, которая используется в дальнейшем на практике.
Контроллер
Все компоненты lidar должны работать согласованно, чтобы генерировать облака точек. Для этого используется система управления, которая выставляет параметры сенсоров и контролирует работу всех элементов.
Хранилище информации
Результаты исследований представляют собой файлы с координатами и дополнительной информацией. Техника способна генерировать большие объемы измерений, поэтому в них предусмотрены собственные накопители, где все значения сохраняются сразу после сбора и цифровой обработки.
Практическое применение
Традиционные способы трехмерной съемки для изучения ландшафта, воздушного или водного пространства стоят дорого и занимают много времени. Новая технология эффективнее, поэтому применяется в разных областях.
Моделирование ландшафта
С помощью пульсирующего лазерного луча удается исследовать рельеф местности с учетом любых объектов – травы, листвы, деревьев, перемещающихся объектов.
Полученный топографический 3D-контур создается быстро. С помощью лидара для БПЛА сканирование ведется на скорости свыше 4 000 м2 в минуту.
Фиксация ДТП, ЧП, несчастных случаев
Lidar может работать в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне. Это выручает, когда нет возможности сканировать предметы при внешнем свечении, например, в случае с авариями ночью.
С дроном получается составить полную картину произошедшего независимо от времени суток за один полет.
Сельское хозяйство
3-мерные системы картографирования помогают в сельском хозяйстве, когда нужно создать:
- ирригационную сеть;
- водозащитные сооружения;
- прочие вспомогательные объекты.
БПЛА с лидаром позволяет собрать точные данные об особенностях и рельефе почвы. При этом не надо ждать подходящую погоду и использовать специальную технику для сбора данных.
Археология
Характеристики ландшафта нужны для научных задач. При использовании lidar за 5-10 минут удается создать полную трехмерную модель интересующего места для дальнейших археологических исследований.
Современная технология lidar удешевляет, упрощает и ускоряет разные задачи. Звоните нашим менеджерам, чтобы они помогли выбрать и купить подходящий лидар с доставкой и гарантией. Мы реализуем следующие виды лидаров:
