Как лидар становится умнее, чем просто автомобили

Растущий интерес к автономным транспортным средствам привел к значительному прогрессу в области лидарных технологий. Эти 3D-лидарные датчики высоко ценятся за точное восприятие окружающей среды путем измерения расстояний с помощью лазерных импульсов и, таким образом, стали незаменимым элементом безопасности для автономного транспорта. Поэтому она пользуется большим спросом в секторе мобильности, и существует большой интерес к дальнейшему развитию этой технологии.

Лидар использовался в течение нескольких лет до того, как возрос интерес, особенно в исследованиях, картографии и пространственном анализе. Однако предыдущие устройства были дорогими, зачастую громоздкими и требовали частого обслуживания. Технологические достижения теперь сделали их более надежными, менее трудоемкими в обслуживании, экономически эффективными и простыми в использовании даже для людей, не имеющих специального опыта анализа 3D-данных.

Этот сдвиг сделал лидарную технологию интересной для все большего числа отраслей, что привело к появлению новых областей применения. Чтобы уточнить:

• Решения для мониторинга объема на основе лидара генерируют данные о запасах сыпучих материалов, которые раньше было сложно собрать альтернативными методами. Эти решения автоматизируют процесс интеграции данных в реальном времени в системы управления запасами, способствуя повышению эффективности операций в таких отраслях, как сельское хозяйство, строительство и переработка отходов.
• В области систем безопасности лидарные датчики превосходно обнаруживают злоумышленников, обеспечивая непревзойденную надежность и значительно снижая уровень ложных тревог. Поэтому они идеально подходят для защиты критической инфраструктуры и обеспечения оптимальной защиты объектов, требующих высокого уровня безопасности, таких как электростанции и аэропорты.
• Лидар играет важную роль в управлении толпой, анонимно отслеживая закономерности движения толпы. Например, туристические направления используют лидарную технологию для мониторинга количества посетителей и предоставления альтернативных предложений по направлениям в режиме реального времени через мобильные приложения, когда в районе приближается избыточная пропускная способность, тем самым уменьшая перегруженность.

Что такое лидар?

Лидар, сокращение от «обнаружение света и определение дальности», работает с использованием лазерных лучей для измерения расстояния. Ранние 3D-лидарные датчики, которые можно было увидеть в первых автономных испытательных транспортных средствах, были известны как вращающиеся лидары. Эти устройства представляют собой массивные массивы, установленные на крышах транспортных средств и механически вращающиеся для сбора данных об окружающей среде. Эти ранние версии были дорогими и требовали регулярного обслуживания из-за движущихся компонентов.

Чтобы смягчить эти недостатки, такие компании, как Blakefield, внедрили технологию твердотельного лидара, устраняя необходимость в механических компонентах. Этот прогресс привел к производству более надежных, меньших по размеру и экономичных датчиков.

В твердотельных сканирующих лидарах лазерный диод излучает сотни тысяч лазерных импульсов в секунду на зеркала МЭМС (микроэлектромеханических систем), которые вибрируют на своих собственных частотах. Эти МЭМС-зеркала точно расположены таким образом, чтобы рассеивать лазерные лучи в коническую форму без механического истирания. Эти компоненты можно производить в больших количествах надежно и недорого благодаря их хорошо зарекомендовавшим себя разработкам в области производства микросенсоров.

Испускаемые световые импульсы отражаются от объектов на своем пути и снова улавливаются датчиком. Измеряя время, необходимое свету для прохождения расстояния, лидар вычисляет точное расстояние между датчиком и обнаруженным объектом (принцип времени пролета). Этот процесс позволяет создавать очень точные трехмерные представления (так называемые облака точек) окружающих территорий.

По сути, эта технология работает аналогично радару, который измеряет расстояния и скорости с помощью электромагнитных волн, и особенно надежна, когда встречается с металлическими поверхностями, но менее надежна с другими материалами. В целом радар обеспечивает меньшую детализацию, чем лидар. 3D-лидар очень точно фиксирует пространственное положение и форму объектов, совершенно независимо от материала их поверхности.

Путь к 3D-изображению

Возможности различных лидарных датчиков зависят от их поля зрения, которое определяет объем информации, которую они могут собрать:

• 1D LiDAR: предполагает использование одного лазерного импульса, направленного в одном направлении, что позволяет измерить расстояние в определенной точке. Эта технология подходит для таких приложений, как пункты взимания платы за проезд, но не дает понимания типа, размера или формы объекта.
• 2D-ЛИДАР: использует горизонтально вращающийся лазерный импульс для измерения расстояния и направления движения, предоставляя дополнительную информацию о форме объектов путем анализа точек отражения и расстояний. 2D-лидарные датчики широко используются в промышленной автоматизации и робототехнике. Однако объекты обнаруживаются только при высоком уровне датчика, что не позволяет точно оценить размер. Например, при использовании в системах сигнализации высотой по колено относительно небольшие животные могут активировать сигнал тревоги, что приводит к частым ложным срабатываниям. Повышение уровня наблюдения может позволить людям избегать обнаружения, ползая или приседая.
• 3D-ЛИДАР: путем вращения лазерного импульса по горизонтали и вертикали создается коническое поле зрения, позволяющее датчику лидара захватывать пространственные данные в трех измерениях. Это третье измерение имеет решающее значение для получения точных пространственных представлений окружающей среды, предоставления ценных данных во многие области приложений и открытия совершенно новых возможностей. Чтобы оставаться в рамках систем сигнализации, 3D-лидарная система обеспечивает обнаружение каждого вторжения в зону безопасности и определение размера вторгшегося объекта. В программном обеспечении можно установить порог срабатывания сигнализации исходя из размера объекта, что существенно снижает количество ложных срабатываний и несанкционированных проникновений.

Распознавание изображений по сравнению с лидаром

3D-лидарные датчики предоставляют информацию о расстоянии напрямую, в отличие от камер, которые в основном фиксируют детали света и цвета, но не измеряют пространственную информацию. Непосредственно измеренные значения расстояния дают значительное преимущество. Хотя современное программное обеспечение на базе искусственного интеллекта может извлекать 3D-информацию из данных камеры, технология 3D-лидара обеспечивает прямую, быструю и более точную пространственную информацию. Это особенно полезно для автономных транспортных средств и дронов, которые полагаются на точные измерения расстояния для безопасной навигации и предотвращения столкновений.

Следующий уровень: умный лидар

Для интеллектуальных лидарных датчиков требуются современные оптические и электронные аппаратные компоненты, а также программное обеспечение, способное анализировать собранные данные. В большинстве случаев 3D-данные передаются с датчика на внешний компьютер, где для анализа используется программное обеспечение для восприятия.

Однако Блейкфилд упростил этот процесс, разработав Qb2, лидарный датчик, в который интегрировано все необходимое программное обеспечение для анализа данных. По сути, «глаза» и «мозги» датчика теперь находятся в одном устройстве, что обеспечивает мгновенный доступ к полезным данным без необходимости использования дополнительных компьютеров или сетевых периферийных устройств. Это делает 3D-данные доступными для более широкой аудитории, даже для тех, у кого нет специальных навыков анализа 3D-данных.

Полученная информация может быть легко передана непосредственно в экосистемы Интернета вещей или в облако с использованием стандартных протоколов связи, таких как MQTT и API. Это позволяет сотрудникам по всему миру иметь доступ к результатам в режиме реального времени, и их можно легко просмотреть в стандартном веб-браузере на планшете или смартфоне. Кроме того, поскольку необходимо передавать лишь небольшие объемы данных, это можно сделать через Wi-Fi, что еще больше снижает требования к кабелям. Это особенно полезно в системах, содержащих несколько датчиков, например в тех, которые обычно используются для мониторинга больших запасов сыпучих материалов, что значительно упрощает установку и эксплуатацию.

Лидар может помочь оцифровать традиционные отрасли

Компании, которые внедряют технологию 3D-лидара, могут сразу осознать ее преимущества, которые могут привести к цифровым и более эффективным операциям благодаря точной информации в реальном времени. Таким образом, 3D-лидарная технология имеет потенциал значительно повысить уровень цифровизации цепочек поставок различных отраслей, а также играет решающую роль в решении конкретных задач, которые ранее были дорогостоящими, трудоемкими или, возможно, недостижимыми. Интеграция программного обеспечения в устройство позволяет практически каждому получить выгоду от 3D-данных, даже без специальных знаний.

Флориан Пети Он является соучредителем и директором по опыту компании Блейкфилд. До основания Blakefeld в 2017 году он работал над управлением робототехникой в ​​рамках научной работы в Техническом университете Мюнхена, Стэнфордском университете, Немецком аэрокосмическом центре (DLR) и ETH Zurich. Робототехник получил докторскую степень. В области человеко-машинного сотрудничества.

Связанное содержимое: