Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Czas czytania: 4 min.

Czujniki LiDAR, czyli Light Detection and Ranging (wykrywanie światła i odległości) to popularna metoda pomiarowa używana do określania precyzyjnego dystansu obiektu na powierzchni Ziemi. Czym właściwie są? Jak działają i do czego się przydają? Kompleksowy artykuł pomoże Wam zorientować się w tym temacie, o którym słyszy się coraz częściej. 

Jak działa technologia LiDAR?

Laserowy czujnik odległości Lidar CE30-D
Laserowy czujnik odległości Lidar CE30-D.

Technologia LiDAR (spotykane zapisy: LIDAR, Lidar) to aktywny, zdalny system czujników, który  generuje światło w postaci lasera mierzącego dokładny dystans. Urządzenia oparte na tej metodzie działania mogą przypominać Wam radar, ale fundamentalną różnicą w ich przypadku jest fakt, zamiast mikrofal wykorzystywane jest światło lasera.

Laser wysyła w określonym poprzez układ optyczny bardzo krótkie, dokładnie odmierzone, ale silne impulsy światła o konkretnej długości fali. Po drodze światło to ulega rozproszeniu, które jest obserwowane za pomocą teleskopu znajdującego się w tym samym urządzeniu. Następnie jest ono rejestrowane za pomocą detektora – fotodiody lub fotopowielacza, a także kamer CCD i CMOS – bada się w ten sposób natężenie zaobserwowanego, rozproszonego światła oraz ostatecznie otrzymuje dane. 

Dodatkowo różnice w czasie powrotu lasera i długościach fal są używane do tworzenia precyzyjnych, trójwymiarowych reprezentacji i charakterystyk podłoża – mapy-wizualizacji

Laserowa mapa otoczenia
Podmiejska uliczka oczyma LiDARu - legenda na przykładowej ilustracji opisuje rodzaje powierzchni (droga, chodnik, płot itp.).

Czujnik LiDAR posiada 3 główne komponenty:

  • laser – wysyłający impulsy,
  • skaner – odbiornik i rejestrator czasu opóźnienia pomiędzy impulsem światła,
  • specjalny odbiornik GPS – podaje lokację systemu czujnika LiDAR.

Precyzyjna reprezentacja oferowana przez technologię pozwala na przejrzyste i dokładne dane o strukturze drogi i identyfikację przeszkód w celu uniknięcia kolizji. Oprócz wspomnianego radaru można porównać ją przez pryzmat sonaru, który działa na zasadzie fal dźwiękowych – jest szerzej znany z dzieł kultury np. z łodzi podwodnych. Zarówno radar, jak i sonar nie oferują takiej dokładności jak technologia LiDAR, ponieważ są w stanie wyłącznie określić lokację obiektu, a LiDAR tworzy jego reprezentację 3D. Czyni ją to użyteczną m.in. w autonomicznych pojazdach.

Oto kilka przykładów działania LiDAR:

Mapowanie lidar
Pozycjonowanie i mapowanie
Tworzenie mapy lidar
Modelowanie 3D
Animacja Lidar
Wykorzystanie w multimediach

Zastosowania LiDAR w nauce i przemyśle

LiDAR to narzędzie do zastosowań cywilnych (komercyjnych), administracyjnych i wojskowych. 

Motoryzacja – LiDAR zyskuje na znaczeniu w miarę rozwoju pojazdów autonomicznych. To dodatkowe oko pojazdu, którego rotujące w zakresie 360 stopni wiązki laserowe rozpoznają przeszkodę i pomogą nawigować pojazd tak, aby uniknął zderzenia.

Agrotechnika – precyzyjna mapa 3D z uwzględnieniem ukształtowania terenu to pomoc dla rolników w określaniu wzniesień, spadków i terenów lepiej nasłonecznionych. Głęboka analiza takich danych pozwoli na maksymalizację plonu, kontrolę chwastów czy wydajniejsze nawożenie.

Hydrologia, oceanografia – badanie wód zielonym światłem LiDARu pozwala naukowcom, pracownikom cywilnym i wojskowym na precyzyjne mapowanie dna zbiornika pod kątem jego ukształtowania i obecności obiektów niepożądanych (ładunków wybuchowych, wraków, śmieci itp.),  a także poznanie głębokości, szerokości i przepływu wody w akwenie na przykład w zadaniach związanych z zarządzaniem kryzysowym.

Typy systemów LiDAR

LiDARy dzielą się na dwa rodzaje zależnie od funkcji.

Lotniczy skaning laserowy (Airborne LiDAR) – instalowany na pokładach statków powietrznych LiDAR jest stosowany w celu zbierania danych i tworzenia modeli 3D obserwowanego krajobrazu. Ich precyzja pozwala na modele z uwzględnieniem ukształtowania lądów, dna morskiego czy dna rzek. Dzieli się on na dwa podtypy: topograficzny i batymetryczny. 

ikona ciekawostki

Topografia to dział geografii zajmujący się badaniem kształtu i rysów powierzchni Ziemi, innych planet i księżyców. 

Batymetria to dział hydrologii zajmujący się pomiarami głębokości cieków i zbiorników wodnych.

Opis dział geografii zajmujący się badaniem kształtu i rysów powierzchni Ziemi lub innych planet, księżyców.

Skanowanie lidar z góry
Badanie dna oceanu przez NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration.

Naziemny skaning laserowy (Terrestrial LiDAR, TLS) – te systemy są nierzadko stacjonarne w przeciwieństwie do lotniczych. Mogą być jednak instalowane na poruszających się pojazdach lub trójnogach. Używa się ich m.in. w topografii konwencjonalnej, badaniu i dokumentowaniu spuścizny kulturowej społeczności danego obszaru, obserwacji dróg czy analizie infrastruktury. Dzielą się zatem zgodnie z przeznaczeniem na stacjonarne i mobilne. 

Przykłady sensorów LiDAR

Laserowy czujnik odległości Lidar TF Luna

Mini Lidar TF Luna
Lidar TF Luna.

Laserowy czujnik odległości Lidar TF Luna – 8m – UART/I2C to precyzyjny czujnik laserowy mogący dokonać pomiaru odległości w zakresie od 0,2 m do 8 m z dokładnością 0,06 m. Lidar TF Luna komunikuje się poprzez interfejsy UART lub I2C. 

Producent, firma Benewake, jest jedną z najbardziej rozpoznawalnych firm produkujących czujniki wysokiej jakości. Są wykorzystywane nie tylko w pojazdach autonomicznych, ale również w dronach, inteligentnych domach oraz w robotach. Jednym z priorytetów firmy jest poddawanie sprzętu rygorystycznym testom przed ich trafieniem do sprzedaży. Urządzenia posiadają certyfikaty gwarantujące bezpieczeństwo i niezawodność. 

Metodę działania znamy już z poprzednich akapitów – Luna emituje fale bliskie podczerwieni, które odbijają się od najbliższego przedmiotu napotkanego na ich drodze. Następnie dokonuje pomiaru czasu lotu fali i oblicza odległość między sobą a wykrytym obiektem. Pobiera zaledwie do 0,35 W mocy, waży 5 gramów i ma poręczne wymiary 35 x 21,25 x 13,5 mm. Nie wymaga wiele – jest zasilana napięciem 5 V.

Laserowy czujnik odległości Lidar TF02 Pro IP65 - 40m - UART/I2C

Laserowy czujnik odległości Lidar TF02 Pro IP65

Laserowy czujnik odległości Lidar TF02 Pro IP65 – 40m – UART/I2C jest dokładniejszy i bardziej dalekosiężny niż poprzednik – dokonuje pomiaru w zakresie od 0,1 m do 40 m z dokładnością 0,05 m. Napięcie zasilania wynosi od 5 V do 12 V. Urządzenie komunikuje się poprzez interfejs UART oraz I2C. Posiada obudowę z klasą szczelności na poziomie IP65. Częstotliwość skanowania wynosi do 100 Hz. Pozwala to na wykrywanie odległości w czasie rzeczywistym z częstotliwością odświeżenia 100 razy na sekundę. Dzięki specjalnemu układowi optycznemu i algorytmowi produkt jest odporny na zakłócenia pochodzące od światła otoczenia, przepływu powietrza oraz elektronów, co zapewnia wysoką dokładność danych. Masa to 50 g z przewodem. Więcej informacji znajdziecie na stronie produktu pod linkiem powyżej.

 

Czujnik odległości Leddar M16 ​

Leddar M16

Leddar M16 – 100m 95° to prawdziwa bestia z wyższej półki cenowej przywodząca na myśl swoją nazwą i wyglądem zastosowania militarne. Składa się z 16 modułów. Charakteryzuje się szybkim i dokładnym pomiarem w zakresie od 0 do 100 m z dokładnością do 5 cm oraz emisją wiązki w zakresie 95°. Pewny przyjaciel od DFRobot waży 180 g, pobiera 4 W i poradzi sobie – przeciwnie do karabinu M16 – prawie w każdych warunkach. Cały moduł jest wyposażony w oprogramowanie Leddar Enabler SDK, zawiera biblioteki .NET oraz C++, a także przykładowy kod programu dla RS-485 / MODBUS zarówno dla systemu Windows, jak i Linux oraz przykłady integracji z graficznymi środowiskami programistycznymi. 

Wszystkie skanery laserowe w ofercie Botland wraz z podziałem na marki producentów znajdziecie w tej kategorii sklepu

Na zakończenie proponujemy bliskie spotkanie z intellisaurusem – robotem, który potrafi chodzić i rozumie asystentów głosowych Alexa i Google dzięki połączeniu Raspberry Pi, Arduino oraz technologii LiDAR. Materiał trwa około 4 minut.

Podziel się:

Share on facebook
Share on linkedin
Share on twitter
Oskar Pacelt

Oskar Pacelt

Wierzy, że udany tekst jest jak list wysłany w przyszłość. W życiu najbardziej interesuje go prawda, pozostałych zainteresowań zliczyć nie sposób. Kocha pływać. Zajmuje się korektą tekstów (czyt. uprzykrzaniem życia współpracownikom), tłumaczeniami i ciekawostkami ze świata technologii.
Oskar Pacelt

Oskar Pacelt

Wierzy, że udany tekst jest jak list wysłany w przyszłość. W życiu najbardziej interesuje go prawda, pozostałych zainteresowań zliczyć nie sposób. Kocha pływać. Zajmuje się korektą tekstów (czyt. uprzykrzaniem życia współpracownikom), tłumaczeniami i ciekawostkami ze świata technologii.

Zobacz więcej:

Dodaj komentarz