LIDAR ในช่วง 4-5 วันที่ผ่านมา เราทุกคนต่างได้ยินเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้ในข่าวเพียงเพราะสองบริษัทที่มีชื่อเสียงซึ่งหนึ่งเป็นบริษัทยักษ์ใหญ่ด้านไอทีอย่าง Google และบริการรถแท็กซี่ที่เติบโตอย่างรวดเร็วอย่าง Uber กำลังต่อสู้เพื่อแย่งชิงเทคโนโลยีนี้ ฉันจะไม่ลงรายละเอียดเกี่ยวกับความบาดหมางนี้ หรืออะไรก็ตาม เช่น การปกป้องบริษัทใด ๆ หรือข้อเท็จจริงใด ๆ เช่น บริษัทใดคิดค้นสิ่งนี้หรือจดสิทธิบัตรสิ่งนี้ ความบาดหมางทั้งหมดนี้เริ่มต้นขึ้นอย่างไร เป็นต้น ฯลฯ...
แต่แน่นอนว่าบล็อกนี้จะให้ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับเทคโนโลยี LIDAR และการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ในปัจจุบันแก่คุณ
เทคโนโลยี LIDAR คืออะไร
LIDAR ย่อมาจาก Light Detection and Ranging เป็นวิธีการสำรวจระยะไกลที่ใช้แสงในรูปของเลเซอร์พัลซิ่งเพื่อวัดช่วง (ระยะทางที่เปลี่ยนแปลงได้) จากพื้นโลก พัลส์แสงเหล่านี้ – เมื่อรวมกับข้อมูลอื่นๆ ที่บันทึกโดยระบบทางอากาศ – สร้างข้อมูลสามมิติที่แม่นยำเกี่ยวกับรูปร่างของวัตถุเป้าหมายและลักษณะพื้นผิวของมัน
ระบบ LIDAR ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และผู้เชี่ยวชาญด้านการทำแผนที่สามารถตรวจสอบสภาพแวดล้อมทั้งทางธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้นได้อย่างแม่นยำ เที่ยงตรง และยืดหยุ่น นักวิทยาศาสตร์ของ NOAA กำลังใช้ LIDAR เพื่อสร้างแผนที่แนวชายฝั่งที่แม่นยำยิ่งขึ้น สร้างแบบจำลองระดับความสูงแบบดิจิทัลสำหรับใช้ในระบบข้อมูลทางภูมิศาสตร์ เพื่อช่วยในการปฏิบัติการตอบโต้เหตุฉุกเฉิน และในการใช้งานอื่นๆ อีกมากมาย
ประเภทของ LIDAR
LIDAR ในอากาศ:
ด้วย LIDAR ในอากาศ ระบบนี้ได้รับการติดตั้งในเครื่องบินปีกตรึงหรือเฮลิคอปเตอร์ แสงเลเซอร์อินฟราเรดจะถูกส่งไปยังพื้นและส่งกลับไปยังเซ็นเซอร์ LIDAR ที่เคลื่อนที่ในอากาศ เซ็นเซอร์ในอากาศมี 2 ประเภท:
- ภูมิประเทศ – โดยทั่วไป LIDAR ภูมิประเทศจะใช้เลเซอร์อินฟราเรดใกล้เพื่อทำแผนที่แผ่นดิน
- Bathymetric – Bathymetric LIDAR ใช้แสงสีเขียวที่ทะลุผ่านน้ำเพื่อวัดระดับความสูงของพื้นทะเลและก้นแม่น้ำด้วย
LIDAR ภาคพื้นดิน:
LIDAR ภาคพื้นดินรวบรวมจุดที่หนาแน่นและมีความแม่นยำสูง ซึ่งช่วยให้ระบุวัตถุได้อย่างแม่นยำ คลาวด์พอยต์คลาวด์ที่หนาแน่นเหล่านี้สามารถใช้ในการจัดการสิ่งอำนวยความสะดวก ทำการสำรวจทางหลวงและทางรถไฟ และสร้างแบบจำลองเมือง 3 มิติสำหรับพื้นที่ภายนอกและภายใน LIDAR บนบกมี 2 ประเภทหลัก:
- มือถือ – LIDAR มือถือคือชุดของ LIDAR พอยต์คลาวด์จากแพลตฟอร์มเคลื่อนที่ ระบบ LIDAR เคลื่อนที่สามารถรวมเซ็นเซอร์ LIDAR จำนวนเท่าใดก็ได้ที่ติดตั้งบนยานพาหนะที่กำลังเคลื่อนที่
- คงที่ – LIDAR แบบคงที่คือการรวบรวมของ LIDAR พอยต์คลาวด์จากตำแหน่งคงที่ ระบบ LIDAR แบบคงที่ติดตั้งอยู่บนขาตั้งสามขาหรืออุปกรณ์เครื่องเขียนซึ่งเป็นระบบการวัดระยะและการสร้างภาพแบบใช้เลเซอร์แบบพกพา ระบบเหล่านี้สามารถรวบรวมพอยต์คลาวด์ LIDAR ภายในอาคารและภายนอกอาคารได้ การใช้งานทั่วไปสำหรับ LIDAR ประเภทนี้ ได้แก่ วิศวกรรม เหมืองแร่ การสำรวจ และโบราณคดี
ดูเพิ่มเติมที่:36 ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับคลาวด์คอมพิวติ้ง
มันทำงานอย่างไร
หลักการของ LIDAR คล้ายกับเครื่องมือวัดระยะทางแบบอิเล็กทรอนิกส์ (EMI) โดยเลเซอร์ (พัลส์หรือคลื่นต่อเนื่อง) จะถูกยิงออกจากเครื่องส่งสัญญาณและพลังงานที่สะท้อนกลับจะถูกจับไว้ โดยใช้เวลาเดินทางของเลเซอร์นี้เพื่อกำหนดระยะห่างระหว่างตัวส่งและตัวสะท้อนแสง ตัวสะท้อนแสงอาจเป็นวัตถุธรรมชาติหรือตัวสะท้อนแสงประดิษฐ์ เช่น ปริซึม
สามารถอธิบายการวัดได้ง่ายๆ ด้วยสมการต่อไปนี้:
กล่าวอีกนัยหนึ่ง เซ็นเซอร์ LIDAR ทำงานคล้ายกับเทคโนโลยีเรดาร์ แต่แทนที่จะใช้คลื่นวิทยุ จะใช้แสงเลเซอร์เป็นพัลส์ที่เร็วถึง 10,000 ครั้งต่อวินาที มีการปล่อยแสงเป็นจังหวะและบันทึกเวลาที่แม่นยำของการปล่อยแสง ตรวจพบการสะท้อนของพัลส์นั้นและบันทึกเวลาที่แม่นยำของการรับสัญญาณ เมื่อใช้ความเร็วแสงคงที่ การหน่วงเวลาสามารถแปลงเป็นระยะทาง "ช่วงเอียง" ได้ และสามารถคำนวณพิกัด XYZ ของพื้นผิวสะท้อนแสงโดยใช้ตำแหน่งและการวางแนวของเซนเซอร์เป็นข้อมูลอ้างอิง
รายการด้านล่างคือส่วนต่างๆ ในระบบ LIDAR ที่ทำงานร่วมกันเพื่อสร้างผลลัพธ์ที่แม่นยำสูงและใช้งานได้:
- เลเซอร์ – เลเซอร์แบ่งตามความยาวคลื่น เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตรเป็นทางเลือกทั่วไปเนื่องจากไม่ได้รับการโฟกัสด้วยสายตาและ 'ปลอดภัยต่อดวงตา' ที่ระดับพลังงานที่สูงกว่ามาก ความยาวคลื่นเหล่านี้ใช้สำหรับวัตถุประสงค์ที่มีพิสัยไกลกว่าและมีความแม่นยำต่ำกว่า ข้อดีอีกประการของความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตรคือไม่แสดงภายใต้แว่นมองกลางคืน ดังนั้นจึงเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานทางทหาร
- เซ็นเซอร์ LIDAR – จะสแกนพื้นจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งขณะที่เครื่องบินบิน เซ็นเซอร์มักอยู่ในแถบสีเขียวหรือแถบอินฟราเรดใกล้
- หน่วยวัดความเฉื่อย – ติดตามความสูงและตำแหน่งของเครื่องบิน ตัวแปรเหล่านี้มีความสำคัญในการบรรลุค่าความสูงของภูมิประเทศที่แม่นยำ
- คอมพิวเตอร์ – ใช้สำหรับระบบจัดเก็บและจัดการข้อมูลซึ่งจัดเก็บข้อมูลที่ได้รับจากการสแกนที่ทำโดยระบบ
- สแกนเนอร์และเลนส์ – ความเร็วที่สามารถพัฒนาภาพได้จะขึ้นอยู่กับความเร็วที่สามารถสแกนเข้าสู่ระบบได้
- อุปกรณ์ตรวจจับภาพถ่ายและอุปกรณ์รับสัญญาณ – เครื่องตรวจจับภาพถ่ายเป็นอุปกรณ์ที่อ่านและบันทึกสัญญาณที่ส่งกลับมายังระบบ
- นาฬิกาความแม่นยำสูง – บันทึกเวลาที่เลเซอร์พัลส์ออกและกลับไปที่เครื่องสแกน
- ระบบนำทางและระบุตำแหน่ง – เครื่องรับ GPS ช่วยติดตามระดับความสูงและตำแหน่งของเครื่องบิน ตัวแปรเหล่านี้มีความสำคัญในการบรรลุค่าความสูงของภูมิประเทศที่แม่นยำ
คุณอาจชอบ:เครื่องมือล้างข้อมูลออฟไลน์ที่ดีที่สุด
ฉันหวังว่าถึงตอนนี้คุณคงจะเข้าใจแล้วว่าเทคโนโลยี LIDAR คืออะไร และจุดประสงค์ของการใช้เทคโนโลยีนี้คืออะไร Waymo ธุรกิจรถยนต์ไร้คนขับของ Google กำลังใช้เทคโนโลยีนี้ในรถยนต์ไร้คนขับเพื่อช่วยในการสแกนและตรวจจับสิ่งกีดขวางบนท้องถนน และด้วยการคำนวณของซอฟต์แวร์ขั้นสูงบางอย่างทำให้ได้ผลลัพธ์ในรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงในทิศทางที่ยานพาหนะกำลังเคลื่อนที่ จากนั้นดำเนินการ และถ้าเราพูดถึง Uber เทคโนโลยี LIDAR กำลังถูกนำมาใช้ในห้องโดยสารไร้คนขับเพื่อเพิ่มบริการแก่ประชาชน
วิธีการตรวจจับสิ่งกีดขวางโดยการส่งสัญญาณ รับแสงสะท้อน แล้วคำนวณความแตกต่างของเวลาเพื่อทราบตำแหน่งของวัตถุนั้นไม่ใช่เรื่องใหม่ในโลกเทคโนโลยี การใช้แสงเลเซอร์ในวิธีนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ สิ่งใหม่คือการใช้และพัฒนาเทคนิคนี้เพื่อใช้กับกลไกของรถยนต์ขับเคลื่อนด้วยตนเอง
ในบล็อกถัดไป ฉันจะแสดงรายการบางส่วนที่มีการใช้เทคโนโลยีนี้และวัตถุประสงค์ที่บรรลุได้จากการใช้เทคโนโลยี LIDAR
