What is LiDAR? A powerful technology explained

LiDARとは？

OXTSではLiDARをよく使います。しかし、LiDARとは何でしょうか？

LiDARとは、Light Detection and Ranging（光検出と測距）の略で、LiDAR装置の周囲の物体までの距離を測定する方法である。.

LiDARはレーダーと似たような働きをするため、名前も似ているが、電波の代わりにレーザーを使う。レーザーは通常、電波よりもはるかに小さな波長（レーダーでは～5cm）で動作するため、LiDARにはより高い解像度という明確な利点がある。より細かいディテールを検出することができる。また、レーザーを利用することで、レーザー技術の飛躍的な進歩を利用することができ、小さくて手頃なパッケージで非常に強力な技術を手に入れることができます。残念なことに、このことは、LiDARの有効範囲と貫通力が狭くなることも意味する。 LiDAR レーダーより大幅に短縮されている。.

LiDARとは？LiDARの基本機能

LiDARの基本的な機能は、装置からレーザーパルスを照射し、それが物体に当たって反射し、戻ってきたときに装置によって登録されることである。.

正確なタイミング情報を使って、装置はビームが発射されてから受信されるまでの飛行時間を知り、その時間と不変の光速を使って対象物までの距離を計算する。デバイスが水平面と垂直面におけるパルスの角度と対象物までの距離を知っていれば、球面座標で3D画像を構築するのに必要なすべての情報を得ることができる。つまり、測定されたすべての点は、LiDAR座標フレーム、記録時間、反射ビームの強度に関して、その3D位置を知ることができる。

これによって、LiDARは周囲の環境をマッピングすることができる。より多くのレーザーパルスを送れば送るほど、より効果的です。多くのLiDARデバイスは、周囲を「スライス」した3D画像を構築するレーザービームの固定チャンネルを持っており、各スライスはLiDARからの円錐面です。これはVelodyneのビューイングソフトウェアから取った下のスクリーンショットで見ることができます。VLP16 LiDARには16のレーザーチャンネルがあり、デバイスが静止しているとき、環境の16の「スライス」によって見ることができます。他のLiDARは、隙間を埋めるためにビームの方向を変えるインテリジェントな方法を持っています。他のLiDARは、3D空間をマッピングするために1つのチャンネルを使用します。

LiDARとは？LiDARセンサーの種類

市販されているLiDARの多くは機械的に動作する。市販されているLiDARの多くは機械的に動作します。レーザー、ミラー、機械的な回転を使用して、レーザーチャンネルが3D環境をマッピングします。下の図は、Hesai XTのマニュアルから抜粋したもので、内部のレーザーがどのように分割され、32のレーザーチャンネルが装置から照射されるかがわかります。これらのチャンネルはそれぞれ固定された仰角を持っています。そして、機械的な回転によってチャンネルが水平面で回転し、3Dエリアをカバーする。.

固体LiDAR

一般的になりつつあるLiDAR技術のもう一つの形態は、ソリッドステートLiDARである。.

この技術は、可動部品のない高精度LiDARをより低コストで提供する。ソリッドステートLiDARは、シリコンチップに印刷されたものを利用するため可動部品がなく、生産規模を拡大するのに最適で、デバイスは非常に堅牢です。これらのLiDARは、近い将来、多くのシステムに搭載されることになるでしょう。OXTSでは、固体LiDARの使用、特に自律走行システムにセンサーデータを提供するために使用される自動車分野に関心を持っています。

私たちは、LiDARの主な用途のひとつであるモバイルマッピング測量のために、LiDARとナビゲーションデータを組み合わせています。LiDARが可能な精度のレベルを達成するためには、非常に正確なナビゲーションデータが必要です。LiDARがミリメートルやセンチメートルレベルの精度であれば、ナビゲーションデータもこのレベルの精度が必要です。このため、ナビゲーションデバイスがシステム全体の誤差のボトルネックになることがよくあります。測量グレードのLiDARポイントクラウドデータを得るには、強力なIMUとGNSSレシーバー技術を備えた測量グレードのINSが必要で、カルマンフィルターでしっかりと結合されています。ナビゲーションデータは、LiDARのフレームを使用可能なポスト処理ポイントクラウドに結合することを可能にします。

LiDARデータの精度と密度は、膨大な数の測量アプリケーションに有用である。

飛行機は長いベースラインの地理的調査のためにLiDARを搭載することができ、UAVマルチコプターは高精度の道路や建物の調査のためにLiDARを搭載することができる。また、LiDARデータをカメラデータと組み合わせることで、実世界のランドマークにリアルなデジタルツインモデルを与えるために必要なRGBデータなど、点群にさらなる次元を与えることができます。LiDARの用途は多岐にわたり、その応用範囲は非常に広いため、急速に主要な測量センサー技術になりつつあります。