Что такое лидары

Как работает LiDar ?

Технология LiDar работает в виде направленного до цели лазерного луча, который достигает объекта, возвращается на приемник. Приемник считывает данные и телеметрию сигнала, определяет расстояние до объекта. формирует информацию о пространственном положении объекта, скорости приближения до него. Мощные процессоры устройств, далее могут собранную с лидаров информацию преобразовать в трехмерный объект, в облако точек.

Какие бывают лидары?

• Лидары применяются в промышленности, в дронах, в автомобильной промышленности, а также участвуют в комплектации бытовой техники и оборудования. Применяются также в виртуальной реальности.
• Системы лидаров бывают промышленного назначения, используются на производствах, в бизнесах, в исследовательских центрах.
• Лидары бывают бортовые. Применяются для оснащения ими дронов, беспилотных автомобилей, мобильной техники.
• Существуют бытовые лидары, малой мощности и малой частотности, оснащаются ими например, роботы-пылесосы, бытовые роботы, ресторанные автономные машины для доставки еды и заказов от кухни к столикам посетителей.
• Лидары смартфонов отличаются миниатюрностью и компактностью, имеют базовый функционал для измерения расстояний от смартфона до исследуемого объекта.
• Разделяются лидары по мощности, интенсивности сканированию, системой охлаждения, дальностью сканирования, лазерной длиной волны и еще рядом технических параметров.

В каких сферах и как применяется LiDar ?

• Бортовые системы LiDar. Устанавливаются на спутниках, самолетах, дронах, беспилотной наземной и воздушной технике. С их помощью дроны и пилотируемые системы определяют расстояние до целей, сканируют воздушное или наземное пространство, вовремя обнаруживают препятствия или физические объекты, с которым возможно столкновение. С помощью лазерного луча также происходит идентификация различных объектов материального мира, формирование 3D моделей окружающей среды.
• Наземные лидары используются для статистических измерений, а также для сканирования ландшафта, лесов, анализируется состояние почвы и грунта, что также дает важную информацию фермерским хозяйствам.
• Широко применяются данные системы в машиностроении и беспилотной технике, для распознавания объектов препятствий, расчета расстояний до тех или иных предметов, планирования движения техники, с учетом естественных препятствий и преград. Данные, собранные с целой системы лидаров, затем используют в ИИ, в машинном обучении, чтобы улучшить скорость и качество распознавания кода процессорами умных авто и дронов.
• В космической отрасли данные системы применяются для сканирования поверхностей спутников земли, планет Солнечной системы. Для расчетов расстояний до тех или иных космических тел, окружающих Землю.

УСТРОЙСТВО ЛИДАРА

• Есть механические и твердотелые лидары, они различаются устройством и назначением. В производстве БПЛА, беспилотных автомобилей как раз применяются твердотелые лидары, устанавливаемые на вращающуюся платформу, для формирования окружающей 3D модели пространства.
• Лидар состоит из лазерного излучателя, который направляет сфокусированную энергию к изучаемому объекту, луч достигает его, отражается и идет назад, неся информацию об объекте.
• Возвращаемая волна, луч попадают на датчик, сенсор лидара, производится считывание расстояния до объекта. Производится считывание и регистрация сигнала с помощью устройства MEMS - микроэлектромеханическая схема, а по сути - маленькая плата с чипами и транзисторами.
• Информация по телеметрии собирается и отправляется на процессор лидара. Вычислительный модуль собирает, обрабатывает информацию и отправляет ее уже в центральный процессор БПЛА или автомобиля или любого другого устройства.
• За основу в расчетах берется скорость света, так как именно с этой скоростью двигается лазерный луч, генерируемый лидарной установкой.
• На автомобилях и БПЛА стоят процессоры и системы с большой вычислительной мощностью, что позволяет в единицу времени, производить отправку сотен тысяч импульсов, получать большие данные и с помощью ИИ, обрабатывать сигналы и различать рельеф местности, видеть препятствия, определять типы объектов.

УПРАВЛЕНИЕ ЛУЧОМ И ВОЛНОЙ

• Существует три основные технологии управления лучом. Это зависит от конструкции лидара и его внутреннего устройства и назначения.
• Механические системы направляют луч лидара за счет зеркал и призмы, которые изменяют свое положение, с помощью двигателей, направляя луч в нужное направление. Сканирование и направление лучей в автомобилях и БПЛА происходит по окружности, на все 360 градусов, или имеется определенный угол сканирования.
• MEMS - лучи лидара электромагнитно, луч отклоняется за счет воздействия магнитных полей в нужном направлении.
• Оптические решетки, лидары по типу АФАР, работают за счет направления множества микроскопических лучей, которые формируются и направляются путем изменения фазы световых волн. Генерацию лучей производят множество микро-излучателей.

КАК ПРОИСХОДИТ ОБРАБОТКА ДАННЫХ С ЛИДАРА

• Лучи лидара, взаимодействуя с объектами физического мира, сканируют, возвращаются, собранные данные далее попадают в процессор и анализируются.
• С помощью лучей собирается информация о расстоянии до объекта, измеряется его параметры - длина, ширина, высота. Объем поверхностей.
• При сканировании, также собирается информация о динамических характеристиках объекта - скорость движения, ускорение, направление движения, прогнозирование изменения координат.
• Анализируются также характеристики поверхностей, их отражательные способности, производится обучение ИИ моделей на распознавание препятствий и предметов физической среды.
• Процессоры компьютеров, дронов, беспилотных авто, пилотируемой техники, далее собирают данные, калибруют. На основании собранных данных формируется цифровая модель местности, цифровая модель рельефа. Данные накапливаются и хранятся в облаке, по местностям, чтобы при необходимости, их можно было вновь поднять и взять в работу, с учетом анализа и сравнения по измененным параметрам.