Cảm biến LiDAR có thể quay hoặc cố định, để tạo ra hình dạng các vùng quét khác nhau có thể sử dụng các yếu tố làm lệch hướng quang học khác nhau như lăng kính, gương dao động, hệ thống vi cơ điện tử,…
Cảm biến LiDAR là gì?
Ngày nay, thuật ngữ LiDAR được sử dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như không gian địa lý, tự động hóa, cơ khí chính xác, công nghiệp ô tô, khai thác khoáng sản,… Thuật ngữ LiDAR là cụm từ viết tắt từ Light Detection And Ranging (LiDAR) – Phát một chùm tia laser tới một bề mặt và đo khoảng thời gian phản xạ lại của laser. Nguyên lý hoạt động của công nghệ LiDAR có thể diễn giải như sau:
- Một cảm biến sẽ phát ra một xung laser tới bề mặt.
- Một cảm biến sẽ thu nhận thông tín hiệu phản xạ trở lại nguồn xung.
- Sau đó cảm biến sẽ đo khoảng thời gian laser phản xạ lại.
- Cách tính toán khoảng cách với công thức.
- Khoảng cách = (Tốc độ phát đi x Thời gian đi được)/2.
Minh họa công nghệ LiDAR.
Quá trình này sẽ được lặp lại hàng triệu lần bởi cảm biến LiDAR, thu được dữ liệu lên đến hàng triệu điểm và cuối cùng sẽ biểu diễn thông tin khu vực được khảo sát dưới định dạng là đám mây điểm 3D – Point Cloud.
Về nguyên lý đo khoảng cách bằng cảm biến LiDAR, có hai phương pháp đo cơ bản là: Phương pháp thời gian di chuyển (TOF hay Time-of-flight) và phương pháp đo dịch chuyển pha (Phase shift).
Phương pháp LiDAR Time-of-flight (bên trái) và phương pháp Phase shift (bên phải).
Các cảm biến LiDAR này có thể được ứng dụng trong việc đo khoảng cách và thu thập dữ liệu không gian chính xác. Dữ liệu thu được từ các cảm biến LiDAR được gọi là các Đám mây điểm – Point Cloud. Các đám mây điểm là một tập dữ liệu điểm trong không gian thể hiện hình dạng của đối tượng dưới dạng 3D một cách chi tiết và chính xác. Mỗi điểm trong tập dữ liệu này đều được thể hiện dưới dạng tọa độ không gian ba chiều X, Y, Z và giá trị cường độ – Intensity value, Giá trị thông tin màu sắc R G B.
Tùy thuộc vào nhu cầu người dùng, mà các cảm biến LiDAR này có thể được tích hợp thành các hệ thống cố định, di động hoặc trên không để phục vụ công việc cụ thể. Các hệ thống này gọi là Máy quét LiDAR.
Phân loại cảm biến LiDAR
Hiện nay, công nghệ LiDAR đã phát triển một cách vượt bậc. Tuy nhiên, có thể phân loại cảm biến LiDAR thành 3 dạng cơ bản như sau: LiDAR cơ học (Mechanical LiDAR), LiDAR thể rắn (Solid-State LiDAR) và FLASH (Pixels LiDAR). Cảm biến laser có thể quay hoặc cố định, để tạo ra hình dạng các vùng quét khác nhau có thể sử dụng các yếu tố làm lệch hướng quang học khác nhau như lăng kính, gương dao động, hệ thống vi cơ điện tử,…
- LiDAR cơ học (Mechanical LiDAR): Đây là dạng cảm biến LiDAR với nguyên lý cơ bản nhất: Tia laser được đặt cố định, người ta sẽ tạo ra các hình dạng vùng quét khác nhau bằng cách sử dụng các yếu tố làm lệch hướng quang học của tia laser như lăng kính, gương xoay,..
Nguyên lý hoạt động của cảm biến LiDAR cơ học.
- LiDAR thể rắn (Solid-State LiDAR): LiDAR thể rắn có thể sử dụng một chùm tia laser để phát tới bề mặt và thu thập dữ liệu phản hồi. Các biến thể cơ bản như: Theo mảng pha (OPA LiDAR) (theo kiểu phát sóng định hướng), LiDAR xoay (cảm biến đơn đặt dọc trên hệ thống xoay), LiDAR dựa trên Hệ thống vi cơ điện tử (MEMS).
Các biến thể của công nghệ LiDAR thể rắn.
- FLASH (Pixels LiDAR): Đây là một dạng biến thể của LiDAR thể rắn nhưng cơ chế hoạt động tương tự như một chiếc máy ảnh có đèn flash, cơ chế mở rộng chùm tia laser để thu thập dữ liệu trong toàn bộ khung nhìn.
Công nghệ FLASH (Pixels LiDAR) mới được các nhà nghiên cứu ra mắt.
Ứng dụng công nghệ LiDAR
Công nghệ LiDAR ngày càng được nghiên cứu và phát triển vì lợi ích to lớn mà công nghệ này đem lại như:
- Thu thập dữ liệu nhanh chóng, chính xác (mm) và mức độ chi tiết cao
- An toàn cho người vận hành, cung cấp thông tin đầy đủ để đưa ra những phản hồi nhanh chóng
- Dữ liệu được ứng dụng trong đa ngành, đa lĩnh vực, sản phẩm đầu ra đa dạng
Có thể kể đến một số ứng dụng nổi bật của công nghệ LiDAR trong một số ngành như:
– Không gian địa lý:
Các cảm biến LiDAR có thể được thiết kế tích hợp thành các nền tảng LiDAR di động, cố định hoặc trên không để thu thập dữ liệu Point Cloud. Point Cloud từ cảm biến LiDAR có thể được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, có thể sử dụng làm đầu vào để phục vụ xây dựng các sản phẩm đa dạng như: Bản sao kỹ thuật số 3D dưới dạng đám mây điểm của đối tượng, đầu vào cho ứng dụng Scan to Bim, phục vụ xây dựng các mô hình số DTM, DSM, DEM, phục vụ việc thành lập bản đồ số 3D, bản đồ địa hình,,…
Các nền tảng hệ thống máy quét LiDAR được ứng dụng trong ngành không gian địa lý.
– Công nghiệp Ô tô:
Trong ngành công nghiệp ô tô đang ngày càng phát triển, các phương tiện xe tự lái đang là xu hướng đối với nhiều nhà sản xuất ô tô trên toàn thế giới. Những rào cản về hệ thống tự lái cấp độ 3 đang dần được tháo gỡ nhờ sự phát triển nhanh chóng của công nghệ LiDAR thể rắn.
Cảm biến LiDAR trên ô tô có thể thu thập dữ liệu môi trường xung quanh một cách nhanh chóng và chính xác, kết hợp với cảm biến camera 360 và phần mềm được lập trình, có thể hỗ trợ người điều khiển phát hiện chướng ngại vật, đưa ra quyết định nhanh chóng và hỗ trợ tự lái hoặc tự hành hoàn toàn.
Công nghệ LiDAR tích hợp trên các phương tiện.
– Khai thác khoáng sản:
Việc quản lý tính toán khối lượng trên phương tiện, trên các hầm, mỏ giờ đây đã đơn giản hơn với công nghệ LiDAR. Các máy quét LiDAR có thể được lắp đặt tại các vị trí cố định để quan trắc số liệu hiện trạng trên các mỏ hoặc thậm chí trên các phương tiện vận chuyển. Từ đó ra báo cáo khối lượng chi tiết, chính xác.
Lắp đặt cảm biến LiDAR cố định để tính toán khối lượng trên phương tiện di chuyển.
Sử dụng LiDAR di động cầm tay ( Slam LiDAR) để quét hiện trạng hầm mỏ để phục vụ tính toán trữ lượng khai thác.
Để tìm hiểu chi tiết hơn về các cảm biến LiDAR cũng như các loại máy quét LiDAR chính xác cao, bạn hãy liên hệ ngay Đất Hợp qua HOTLINE 0903 825 125 chúng tôi sẽ hỗ trợ nhanh chóng nhất!
>>> Xem thêm: Tính toán khả năng hấp thụ CO2 của rừng bằng Công nghệ LiDAR
