«В чем разница между лазерным радаром и технологией LIDAR?» Это вопрос без простого ответа. В этой статье это объясняют Джон Смитс, Гэри Конфалоне и Том Киннар из East Coast Metrology (ECM).
Путаница между ними понятна. Их названия почти синонимичны, а термины часто используются взаимозаменяемо. Сокращения RADAR, что расшифровывается как RAdio Detection And Ranging; и LIDAR, который означает Light Detection And Ranging. Основное различие заключается в длине волны сигнала и расходимости сигнального луча. LIDAR обычно представляет собой коллимированный луч света с минимальной расходимостью на больших расстояниях от передатчика; а RADAR – сигнал в форме конуса, выходящий из источника. Оба вычисляют расстояние путем сравнения времени, которое требуется исходящей волне или импульсу для возврата к источнику. LIDAR использует частоты световых волн, которые имеют меньшую длину волны, что повышает возможность сбора данных с высокой точностью. RADAR использует более длинные микроволновые частоты, которые имеют более низкое разрешение, но способны собирать сигналы с уменьшенным воздействием окружающих препятствий. Сигналы RADAR и LIDAR распространяются со скоростью света.
LIDAR используется в качестве общего термина для большинства метрологических технологий на основе света. Типичные устройства используют лазерные лучи, структурированную световую сетку, даже импульсный белый свет, в зависимости от конструкции и применения системы. Все они используются радарным способом для измерения положения целевых точек. Как правило, они измеряют в трех измерениях, отслеживая вертикальный угол, горизонтальный угол и расстояние или диапазон от пересечения вертикальной и горизонтальной осей. Подобно RADAR, некоторые системы LIDAR измеряют только в двух измерениях, отслеживая один угол и диапазон.
Рис. 1. NIKON MV351
Зная сходство между RADAR и LIDAR, давайте теперь взглянем на отличия LIDAR в сравнении с Laser-Radar. По определению, LIDAR и Laser-Radar относятся к одним и тем же основным методологиям измерения положения объектов. В недавнем прошлом термин «лазерный радар» был принят для определения измерительных систем, предназначенных для сбора данных с чрезвычайно высокой точностью. Это делается с помощью узконаправленного источника света определенной длины волны или комбинации длин волн. Луч с низким расходящимся излучением способен фокусироваться на мелких деталях с высоким разрешением возврата.
Рис. 2. Рабочие параметры NIKON
Для сравнения давайте подробнее рассмотрим два лазерных сканирующих блока.
На рисунке 1 показана система «Лазер-Радар» MV351, изготовленная Nikon Metrology, в которой лазерный луч управляется вращением вокруг горизонтальной и вертикальной осей. Это устройство посылает отдельный сфокусированный лазерный импульс на объект и считывает обратный сигнал, как описано выше. В отличие от лазерного трекинга и других геодезических приборов, в нем нет необходимости использовать ретрорефлектор. Его сигнал – это отраженный свет от поверхности реальных объектов. Он разработан для обеспечения точных промышленных измерений с допусками в тысячные или даже десятые доли тысячных дюйма. Эти устройства имеют эффективный диапазон измерения до 150 футов в радиусе, хотя при практическом использовании диапазон обычно короче. Вместо того чтобы делать большие развертки объекта, лазер-радарная система, показанная на рисунке 2, выполняет меньшие сканирования области, где высокая точность и детализация являются приоритетом. Из-за этого скорость сбора данных жертвуется ради разрешения по сравнению с системами LIDAR.
Рис. 3. Лазерный сканер FARO FocusS Plus
На рисунке 3 изображен лазерный сканер FARO FocusS Plus, фазовый лазерный сканер дальнего действия или система «LIDAR». Это типичный модуль 3D-сканирования, используемый для крупномасштабного сбора данных на высокой скорости. Лазерный излучатель закреплен горизонтально внутри левой половины корпуса и направлен в центр вращающегося углового зеркала, которое пульсирует непрерывным рядом лазерных лучей в плоскости, перпендикулярной общей оси лазера и зеркала. Весь корпус вращается на основании, как показано на рисунке 4, чтобы обеспечить измерения в пределах 360-градусной горизонтальной дуги. Результирующий набор лазерных данных создает то, что называется облаком точек, серией точек данных с информацией x, y, z, создавая цифровую трехмерную среду любого объекта или ландшафта, который сканируется. Система LIDAR способна собирать большие объемы данных за очень короткое время.
Эти два устройства иллюстрируют ключевое различие между LIDAR и Laser-Radar: система LIDAR обычно постоянно находится в движении, собирая измерения. LIDAR непрерывно проводит лазерный луч по большой площади, собирая миллионы точек, пока голова движется с высокой скоростью. Лазер-радар, как и устройство Nikon, является более точечным, стабилизирующим и измеряющим устройством. Его можно использовать для сканирования области, но точки тщательно выбираются, получается медленнее и точнее.
Кардинальное различие в этих двух системах в основном подтверждается приложениями. Термин LIDAR часто используется при съемке и картографировании. Подключите лазерную сканирующую систему LIDAR к самолету или автомобилю, совместите ее с GPS или другой системой ориентации, так вы сможете планировать большие участки местности или обочины. Другими примерами LIDAR являются установленные на дроне сканеры или системы наведения для самостоятельного вождения автомобиля. Требуемая точность для этой работы может варьировать от десятой доли дюйма до фута; дальность действия может составлять тысячи футов при условии прямой видимости цели. Портативные лазерные 3D-сканеры «большой дальности», которые измеряют помещения, здания, самолеты, корабли или объекты аналогичного размера с точностью 0,030 – 0,120″, также относятся к категории LIDAR. Это технология LIDAR, которая часто используется в строительстве или в машиностроении.
Рис. 4. Рабочие параметры FARO
Лазерные радиолокационные системы нашли свое применение в измерении мелко детализированных объектов. Их плотно сфокусированный луч способен собирать точные данные с высоким уровнем разрешения для конкретной детали объекта. Минимизируя площадь контакта, эти системы уменьшают вероятность того, что углы и края будут отрицательно влиять на обратный сигнал, что приведет к точным данным о размерах. Достижение мишеней, к которым трудно получить доступ с помощью портативных сканирующих устройств, оказалось наиболее полезным применением этих систем. Благодаря точности измерений в сфере портативных координатно-измерительных машин (PCMM) данные Laser-Radar идеально подходят для обратного проектирования, проверки и сравнения с данными CAD. Небольшие детали, такие как расположение отверстий и диаметры, легче получить с помощью более точного сфокусированного луча лазерных радаров. Эти системы нашли свою нишу в аэрокосмической и автомобильной промышленности, где точные данные легко получить с минимальным вмешательством.
East Coast Metrology (ECM) имеет более чем двадцатилетний опыт использования различных лазерных систем, обеспечивая как обслуживание, так и обучение для многих клиентов. Мы обнаружили, что важно иметь обученного и сертифицированного специалиста, работающего с любым лазерным устройством. Особый уровень точности встроен во все лазерное оборудование, но точность данных, полученных из этих систем, зависит от их правильного использования и интерпретации обученным специалистом. Будь то LIDAR или Laser-Radar, цель состоит в том, чтобы использовать устройство и оператора, которые обеспечивают уровень точности, необходимый для вашего приложения.
Статья с сайта «Metrology.news», май 2020 г.
Перевод подготовила Елена Михаленко
