Entrez en contact avec la société QJKH
Capteurs LiDAR 3 D expliqués : technologie, types de numérisation et comment choisir
01 · Guide technologique LiDAR
Qu'est-ce qu'un Capteur LiDAR 3 D ?
Un capteur LiDAR 3 D mesure la distance dans plusieurs directions horizontales et verticales pour créer un nuage de points tridimensionnel. Cela permet aux robots, aux véhicules et aux systèmes d'automatisation de percevoir une géométrie spatiale qui ne peut être représentée par un seul plan de balayage horizontal.
LiDAR 11 Détection de lumière et télémétrie (Light Detection and Ranging) est une technologie de détection optique active Étant donné que le capteur fournit son propre éclairage optique, il ne dépend pas de l'éclairage de la scène visible de la même manière qu'une caméra passive Les performances de mesure peuvent toujours être influencées par la lumière du soleil, la réflectivité de la cible, la météo, l'angle de surface et la conception du capteur.
Portée du produit CCH
CCH concentre actuellement son offre internationale LiDAR sur le LiDAR 2 D industriel Le LiDAR 3 D est traité dans cet article comme un sujet de technologie éducative plutôt que comme une gamme de produits CCH actuellement proposée.
Concept Point-Cloud 3D
Illustration conceptuelle La densité et la couverture réelles point-nuage dépendent de l'architecture du capteur, du champ de vision et de la méthode de numérisation.
02 Principe de mesure
Comment fonctionne le LiDAR 3 D : de la mesure laser au nuage de points
Un LiDAR 3 D mesure à plusieurs reprises la distance dans de nombreuses directions horizontales et verticales Chaque mesure est associée à sa direction de balayage, permettant au capteur ou au logiciel en aval de construire une représentation spatiale du milieu environnant.
01
Émettre Lumière
L'énergie optique est dirigée vers des parties sélectionnées de la scène environnante.
02
Réfléchissez à partir d'une cible
Une partie de l'énergie émise est réfléchie par les objets et les surfaces dans l'environnement.
03
Mesurer le Retour
Le récepteur détecte la lumière renvoyée et le système de télémétrie dérive des informations relatives à la distance cible.
04
Combinez la distance et la direction
Les mesures de distance sont associées aux directions de balayage horizontales et verticales correspondantes.
05
Créer le Point Cloud
Des mesures répétées produisent des points spatiaux qui décrivent la géométrie entourant le capteur.
Principe de télémétrie commun
Heure de vol (ToF) LiDAR
De nombreux systèmes LiDAR utilisent la mesure du temps de vol, où la distance est dérivée du temps de trajet de la lumière émise et de son retour détecté. D'autres conceptions LiDAR peuvent utiliser différents principes de télémétrie optique, la méthode de mesure sous-jacente doit donc être vérifiée pour le capteur spécifique évalué.
Gamme de travail
Dépend de la conception du capteur, de la réflectivité de la cible, de la taille de la cible, de l'angle d'incidence et des conditions environnementales.
Résolution Angulaire
Décrit l'espacement angulaire entre les mesures dans les directions horizontale et verticale.
Taux ponctuel
Décrit le débit de mesure, mais ne détermine pas à lui seul la qualité du nuage de points ou les performances de l'application.
Cadre/Taux de numérisation
Influe sur la fréquence à laquelle la géométrie environnante est rafraîchie à mesure que le capteur, le robot ou l'environnement se déplace.
La plage, la résolution angulaire, le modèle de balayage, la distribution de points, le taux de mise à jour, les propriétés cibles, l'environnement et le traitement logiciel doivent être évalués ensemble plutôt que de s'appuyer sur une seule spécification principale.
03 Architectures de numérisation
Types LiDAR 3 D : Mécanique, MEMS, Flash & OPA
“3 D LiDAR” décrit un type de sortie de mesure spatiale plutôt qu'une seule architecture matérielle Différentes technologies orientent ou distribuent l'énergie optique de différentes manières, créant différents champs de vision, emballages, motifs de balayage et caractéristiques de performance.
LiDAR mécanique
Le LiDAR 3 D mécanique utilise des assemblages tournants ou mobiles pour balayer les mesures dans le milieu environnant.
- Peut fournir une large couverture horizontale
- Architecture de numérisation bien établie
- Comprend les composants mécaniques mobiles
MEMS LiDAR
MEMS LiDAR utilise des miroirs mobiles microscopiques pour diriger le faisceau dans un champ de vision défini sans faire tourner le boîtier complet du capteur.
- Balayage directionnel compact
- Le champ de vision dépend fortement de la mise en œuvre
- Utile où la taille du paquet est importante
Flash LiDAR
Flash LiDAR éclaire une scène plus large et mesure la profondeur à travers un récepteur d'imagerie plutôt que de balayer mécaniquement chaque direction en séquence.
- Aucun mécanisme de balayage conventionnel requis
- Peut prendre en charge des conceptions compactes à semi-conducteurs
- Les compromis entre la portée, la puissance et la lumière ambiante varient selon la conception
OPA LiDAR
Le LiDAR optique à réseau phasé dirige l'énergie optique électroniquement en contrôlant la relation de phase entre plusieurs éléments émetteurs.
- Pas de mécanisme de direction mécanique macroscopique
- Potentiel de conceptions de capteurs hautement intégrées
- Les performances et la maturité commerciale varient selon la mise en œuvre
Que signifie l“”Solid-State LiDAR” ?
Le terme LiDAR à semi-conducteurs est utilisé pour une famille d'architectures qui réduisent ou éliminent les ensembles de scanners rotatifs conventionnels. Les technologies MEMS, Flash et OPA peuvent toutes apparaître dans les discussions sur le LiDAR à semi-conducteurs, mais elles utilisent différentes approches de détection et de direction de faisceau.
Qu’en est-il de la numérisation non répétitive ?
Le balayage non répétitif décrit comment les points de mesure sont répartis dans le temps plutôt qu'une seule architecture matérielle LiDAR Dans les systèmes utilisant des modèles de balayage non répétitifs, la couverture accumulée peut devenir plus dense à mesure que davantage de mesures sont collectées. Que cela soit bénéfique dépend du mouvement, du temps d'intégration, de la géométrie de l'objet et de l'algorithme de perception en aval.
04 Comparaison Technologique
LiDAR 2 D vs LiDAR 3 D : lequel convient à l'application ?
Le LiDAR 3 D n'est pas automatiquement une mise à niveau à partir du LiDAR 2 D. Le meilleur choix dépend du fait que l'application nécessite un plan de balayage horizontal ou de véritables informations volumétriques.
Exigence
LiDAR 2D
LiDAR 3D
Plan de balayage horizontal
Coupe forte
Peut fournir plus d'informations que nécessaire
Géométrie verticale
Limité au plan de balayage
Disponible grâce à des mesures multi-hauteur
Complexité des données
Inférieur
Supérieur
Exigence de traitement
Généralement inférieur
Généralement supérieur
Perception volumétrique
Non, depuis un seul plan de balayage
Oui
Cartographie et localisation
Fréquent où la géométrie planaire est suffisante
Utile là où la structure 3 D compte
Quand le LiDAR 2 D peut être le mieux adapté
La télémétrie horizontale, la localisation AGV, le positionnement d'objets, la détection industrielle et de nombreuses tâches d'automatisation peuvent souvent être traitées avec un plan de balayage 2 D plus simple.
Explorez CCH Industrial 2 D LiDAR →Lorsque le LiDAR 3 D ajoute des informations utiles
Si la hauteur d'obstacle, les structures en surplomb, la géométrie verticale ou la cartographie volumétrique sont importantes, un nuage de points 3 D peut fournir des informations indisponibles à partir d'un seul plan horizontal.
05 Différence Fonctionnelle
3 D LiDAR vs Scanner Laser de Sécurité
Les scanners laser LiDAR industriels et de sécurité peuvent utiliser des principes de télémétrie connexes, mais ils remplissent des fonctions de système différentes Un capteur de perception ne doit pas être supposé assurer une fonction de sécurité certifiée.
Données d'automatisation
LiDAR 2D industriel
Fournit des informations de distance horizontale et de balayage pour les tâches d'automatisation, de télémétrie, de localisation, de positionnement et de détection.
- Plan de balayage horizontal
- Navigation/localisation
- Positionnement d'objet
- Variation industrielle
Perception Volumétrique
LiDAR 3D
Génère des données point-cloud tridimensionnelles pour la cartographie, la perception et les applications où la géométrie verticale est importante.
- Nuages de points 3D
- Cartographie volumétrique
- Informations sur les obstacles multi-hauteur
- Perception robotique
Fonction Sécurité
Scanner laser de sécurité
Conçu et certifié pour la surveillance des zones liées à la sécurité lorsqu'il est utilisé dans une machine appropriée ou un système de sécurité pour robot mobile.
- Champs protecteurs
- Champs d'avertissement
- Résultats liés à la sécurité
- Protection du personnel
Un LiDAR de perception 2 D ou 3 D standard ne doit pas être traité comme un scanner laser de sécurité à moins que le dispositif et la fonction spécifiques aient la certification fonctionnelle-sécurité requise.
06 Applications industrielles
Où le LiDAR 3 D a du sens dans l'automatisation industrielle
Le LiDAR 3 D devient particulièrement utile lorsque l'application a besoin d'informations sur la hauteur, les objets en surplomb, la géométrie verticale ou la structure tridimensionnelle complète.
01
AGV/AMR Perception & SLAM
Les données point-cloud 3 D peuvent prendre en charge la cartographie et la localisation dans des environnements où les structures verticales, les racks, les surplombs ou la géométrie à plusieurs niveaux apportent des fonctionnalités de localisation utiles.
02
Cartographie 3 D & Arpentage
Des mesures spatiales denses peuvent être utilisées pour créer des modèles tridimensionnels d'espaces industriels, de structures et d'autres environnements.
03
Détection d'obstacles multi-hauteur
Un capteur 3 D peut fournir des informations sur des objets situés au-dessus ou au-dessous d'un seul plan de balayage horizontal, y compris des structures en surplomb ou des objets ayant une forme verticale importante.
04
Perception Robotique & Autonome
Les robots mobiles et les systèmes autonomes peuvent combiner le LiDAR 3 D avec des caméras, des IMU, des logiciels d'odométrie et de perception pour comprendre un environnement complexe.
Le LiDAR 3 D n'effectue pas de classification, de cartographie ou de navigation par lui-même Ces fonctions dépendent normalement de logiciels, d'algorithmes en aval et, dans de nombreux systèmes, de capteurs supplémentaires.
07 Facteurs de sélection
Comment évaluer un capteur LiDAR 3D
Une comparaison LiDAR 3 D utile regarde au-delà de la portée maximale ou du taux total de points Évaluer les spécifications qui affectent la scène réelle, la position de montage, les propriétés cibles, l'environnement et l'architecture logicielle.
01
Gamme de travail
Vérifiez les conditions derrière la plage publiée, y compris la réflectivité de la cible, la taille de la cible, l'angle d'incidence et les conditions ambiantes.
02
Précision et répétabilité
La précision décrit la proximité avec la distance réelle, tandis que la répétabilité décrit la cohérence entre les mesures répétées.
03
Résolution Angulaire
La résolution angulaire requise dépend de la taille de l'objet, de la distance de travail et du niveau de détail spatial nécessaire à l'application.
04
Champ de Vue
Ne présumez pas que chaque LiDAR 3 D offre une couverture à 360° Le champ de vision horizontal et vertical varie considérablement selon les architectures.
05
Environnement et évaluation IP
Tenez compte de la température, de la poussière, de l'eau, de la lumière du soleil, du brouillard, de la pluie et de la contamination des fenêtres optiques. Vérifiez l'enceinte réelle et la classification IP spécifiée pour le capteur.
06
Interface et logiciel
Évaluer la communication Ethernet, les horodatages, la synchronisation, la disponibilité des SDK et la compatibilité ROS ou ROS 2 lorsque ceux-ci sont pertinents pour le projet.
07
Sécurité des longueurs d'onde et des lasers
Les systèmes LiDAR peuvent fonctionner à des longueurs d'onde telles que 905 nm ou 1550 nm. La longueur d'onde influence la conception optique et la sélection des détecteurs, mais ne doit pas être traitée comme un indicateur autonome des performances globales.
08
Scan Pattern & Return Data
Comparez la distribution de points répétitive ou non répétitive et indiquez si le capteur fournit des informations d'écho à retour unique, à retour multiple ou autres nécessaires à l'algorithme de perception.
905 nm · 1550 nm · Classification laser
La longueur d'onde n'est qu'une partie de la conception
Les deux 905 nm et 1550 nm les longueurs d'onde sont utilisées dans les systèmes LiDAR Les différences dans les émetteurs, les détecteurs, l'optique, la puissance, la réponse de la cible et l'architecture du système, la longueur d'onde moyenne ne détermine pas à elle seule la plage utilisable ou la qualité de mesure.
Pour tout capteur, vérifiez la classification de sécurité laser du fabricant et le cas échéant CEI 60825-1 documentation. Lorsqu'un produit est spécifié comme Classe 1, : confirmez cette classification à partir de la documentation réelle du produit plutôt que de la supposer uniquement à partir de la longueur d'onde.
Distribution de points · Echo/Renseignements de retour
Plus de points ou plus d'échos ne sont pas automatiquement meilleurs
Le modèle de balayage détermine où les mesures apparaissent au fil du temps. Le balayage non répétitif peut distribuer les points différemment d'un modèle de balayage répétitif, tandis que les informations multi-retours ou multi-échos peuvent fournir des informations supplémentaires provenant de scènes optiques complexes.
La configuration utile dépend de l'application, de la géométrie de la cible, des conditions environnementales, du temps de mise à jour et de la manière dont le logiciel de perception en aval traite les données renvoyées.
Évaluer les spécifications dans les conditions qui importent à l'application.
Deux capteurs LiDAR 3 D avec une plage de titres ou des numéros de débit de points similaires peuvent se comporter très différemment lorsque le champ de vision, la longueur d'onde, le modèle de balayage, la réflectivité, les conditions environnementales, les données de retour et l'intégration logicielle sont considérés ensemble.
08 Limitations et FAQ
Limitations LiDAR 3 D & Questions courantes
LiDAR est une technologie optique active, mais les performances de mesure dépendent toujours de l'environnement, de la surface cible et de l'architecture de détection.
Pluie, brouillard et neige
Les gouttelettes d'eau et les particules en suspension dans l'air peuvent réduire la portée efficace ou introduire des rendements supplémentaires.
Lumière du soleil
Une forte énergie optique ambiante peut affecter les performances signal/bruit, en fonction de la conception du capteur.
Réflectivité cible
Les surfaces sombres, réfléchissantes ou très inclinées peuvent produire différents comportements de mesure.
Charge de traitement
Les nuages de points 3 D denses nécessitent plus de bande passante réseau, de traitement et de logiciel qu'un simple scan 2 D.
Qu'est-ce qu'un capteur LiDAR 3 D ?
Un LiDAR 3 D mesure la distance dans plusieurs directions horizontales et verticales et combine ces mesures en un nuage de points tridimensionnel représentant la géométrie environnante.
Le LiDAR 3 D peut-il fonctionner dans l'obscurité totale ?
Oui. LiDAR fournit son propre éclairage optique et ne nécessite donc pas d'éclairage de scène visible de la même manière qu'une caméra passive. Cependant, les performances peuvent toujours être affectées par les conditions environnementales et les propriétés de la cible.
Qu'est-ce que les données point-cloud ?
Un nuage de points est un ensemble de points de mesure spatiale, généralement représentés par les coordonnées X, Y et Z et parfois des informations supplémentaires telles que l'intensité du retour.
Quelle est la différence entre le LiDAR 2 D et le LiDAR 3 D ?
Un LiDAR 2 D mesure normalement dans un plan de balayage horizontal, tandis qu'un LiDAR 3 D capture également des informations verticales La détection 2 D est souvent suffisante pour la télémétrie et la localisation planaires, tandis que la détection 3 D est utile lorsque la géométrie volumétrique est importante.
Le LiDAR 3 D remplace-t-il un scanner laser de sécurité ?
Pas automatiquement. Un LiDAR de perception ne doit pas être traité comme un dispositif de sécurité à moins que le produit et la fonction spécifiques ne possèdent la certification de sécurité fonctionnelle requise. Les scanners laser de sécurité sont conçus spécifiquement pour la surveillance des zones liées à la sécurité.
Qu'est-ce qui affecte la plage LiDAR 3 D ?
La portée dépend de facteurs tels que l'architecture du capteur, la réflectivité de la cible, la taille de la cible, l'angle d'incidence, la lumière du soleil, la météo, la contamination et le seuil de mesure utilisé par le capteur.
LiDAR mécanique vs solide : quelle est la différence ?
Le LiDAR mécanique utilise des ensembles de balayage mobiles, tandis que les approches à semi-conducteurs réduisent ou éliminent les mécanismes de rotation conventionnels. Les MEMS, Flash et OPA sont différentes technologies qui peuvent être discutées dans la catégorie plus large des solides.
De combien de points par seconde un LiDAR 3 D a-t-il besoin ?
Il n'y a pas d'exigence universelle de taux ponctuel La densité nécessaire dépend de la taille de l'objet, de la distance de travail, du champ de vision, de la résolution angulaire, de la vitesse du véhicule et de l'algorithme de perception ou de cartographie.
Combien coûte un LiDAR 3 D ?
La tarification varie considérablement en fonction de l'architecture, de la gamme, du champ de vision, de la cote environnementale, du volume de production, du support logiciel et des performances de mesure. Pour les projets industriels, le coût total d’intégration est souvent plus significatif que le prix du capteur seul.
Quelle est la différence entre le LiDAR 3 D et le LiDAR 4 D ?
“4 D LiDAR” est couramment utilisé pour les systèmes qui combinent des mesures spatiales 3 D avec des informations supplémentaires liées au mouvement telles que la vitesse radiale La signification exacte peut varier selon les fabricants.
Choisissez la bonne approche de détection
Besoin de LiDAR pour un AGV ou un Projet d'Automatisation Industrielle ?
Si votre application peut être résolue avec la télémétrie horizontale, la localisation ou la détection industrielle, explorez CCH industriel 2 D LiDAR Pour la protection mobile-robot liée à la sécurité, examinez la gamme de scanner laser de sécurité SH27.