LiDAR Teknolojisi ve Endüstriyel Uygulamalardaki Yeri

Son birkaç yıldır LiDAR teknolojisi çeşitli uygulama alanında kullanılmaya başlandı. Otonom arabalardan akıllı telefonlara; dronelardan, monte edilmiş sensörlere kadar LiDAR benzersiz bir teknoloji pazarına dönüştü. Bu yazımızda LiDAR teknolojisinden ve bazı endüstriyel kullanım alanlarından bahsedeceğiz.

A- A+

24.03.2021 tarihli yazı 6923 kez okunmuştur.

LiDAR LiDAR Teknolojisi 3D Sensör Nokta Bulutu Analizi

LiDAR, "ışık algılama ve menzil (Light Detection and Ranging)" anlamına gelir. Aktif bir uzaktan algılama biçimi olan LiDAR teknolojisi, hedefe lazerle vurarak ve yansıyan ışığı analiz ederek nesneler arasındaki mesafeyi ölçer. Bu sistemleri kullanarak bilim insanları ve mühendisler, doğal ve insan yapımı ortamları hem hassasiyetle hem de esneklikle inceleyebilirler.

1990'ların başına kadar, Küresel Konumlandırma Sisteminin (GPS) süreçlere entegrasyonu, daha fazla endüstrinin yararlandığı yeni bir çağ başlattı. Ardından geniş bir uygulama yelpazesiyle LiDAR sensörleri, otonom araçlarda, drone tabanlı incelemelerde, akıllı telefonlarda, teknik özelliklerde, endüstriyel otomasyonda hızla anahtar bir teknoloji haline geldi.

Şekil 1: iPhone 12'deki kameralar ve 3D görüntüleme için kullanılabilen LiDAR tarayıcısı.

► İlginizi çekebilir: LiDAR ile Radar Arasındaki Farklar

LiDAR Teknolojisi Nasıl Çalışır?

LiDAR, aktif bir 3D sensörüdür. Çoğu sensörde, kızılötesi veya ultraviyole gibi insan gözüyle görülemeyen dalga boylarındaki ışık kullanılır. LiDAR sensörü ise, genellikle yüksek hızda bir ışık huzmesi yayar.

Yakındaki bir yüzeye yüksek hızlı lazer ışığı darbeleri ateşlenir (saniyede yaklaşık 150.000 darbe). Sensör daha sonra lazer ışığı darbelerinin geri dönmelerinin ne kadar sürdüğünü ölçer ve nesneye olan mesafenin belirlenmesine izin verir. Bu hesaplama 3D sensöre, sensör ile hedef arasındaki mesafenin doğru bir şekilde okunmasını sağlar. Bunu arka arkaya hızlı bir şekilde tekrarlayarak ünite, aracın hareket ettiğinden çok daha hızlı bir şekilde çevresinin ayrıntılı bir resmini oluşturur.

Nokta Bulutu Analizi

LiDAR sensörü tarafından oluşturulan veriler neye benziyor? Lazer taramaları, nokta bulutu olarak bilinen birçok ayrı noktadan oluşan bir koleksiyonda kaydedilir. Her noktanın konum (X, Y, Z) ve yoğunluk özellikleri vardır.

Bu özellikleri bilerek; bir kişi daha sonra her noktayı, farklı bir nesneyi veya malzemeyi (arazi, makine, bitki örtüsü vb.) temsil edecek şekilde sınıflandırabilir.

Şekil 2: Örnek bir nokta bulut analizi görüntüsü

► İlginizi çekebilir: Time of Flight (ToF) Sensör Nedir, Nasıl Çalışır?

Güç Gereksinimleri

LiDAR sensörlerinin, bir nokta bulutunda büyük miktarda veriyi işlemek için güçlü bilgi işlem ve grafik işleme birimleriyle entegre edilmesi gerekir. Bu nedenle, bazı LiDAR cihazları son teknoloji Transputer İşleme Üniteleri (TPU'lar) ile donatılmıştır. Geleneksel CPU tasarımına alternatif olarak, bir transputer, mimaride daha fazla paralellik sunar. Bir LiDAR’ın TPU'su, nokta verilerini analiz edebilir, analizin çıktılarını ve sonuçlarını basitleştirilmiş bir biçimde üretebilir.

Örneğin, otonom bir mobil robotta (AMR), LiDAR tabanlı güvenlik sensörleri genellikle monte edilir. Bu sensörler, bir engelin tespit edilip edilmediğini belirlemek için nokta bulutlarını değerlendirir. Ardından sensörün TPU'su, nokta bulutunda temsil edilen engel ile önceden yapılandırılmış "güvenlik alanları" veya algılama alanlarını karşılaştırır. Algılanan engel güvenlik alanını ihlal ederse, sensör güvenlik PLC'sine bir çıktı gönderir ve araca durma talimatı verir. Güvenlik kontrolörünün aldığı tek bir bit veya sinyal, LiDAR cihazı tarafından yapılan analizin sonucunda ortaya çıkan sinyaldir.

Şekil 3: Bir AMR'nin güvenlik kontrolörü ile iletişim kuran LiDAR tabanlı güvenlik tarayıcıları dizisi.

LiDAR Sınırlamaları

LiDAR'ın bir temel sınırlaması vardır. Katı nesnelerin ötesini göremez. Bu, düz bir çizgide hareket eden sinyale dayalı herhangi bir sistem için geçerlidir. Dolayısıyla aracınızın prototipinde yalnızca bir LiDAR ünitesi varsa, sensör arkalarında ne olduğunu görmez.

LiDAR ünitesi yakın mesafedeki herhangi bir cisim tarafından engellenirse, çok fazla veri kaybedebilir. Benzer şekilde, olumsuz hava koşulları veya başka bir LiDAR ünitesinden gelen ve çakışan sinyaller de kızılötesi sinyalleri etkileyebilir.

LiDAR üniteleri, bir lazer yazıcıda bulacağınızdan daha güçlü bir varyasyon olan yarı iletken diyot lazeri kullanır. Güvenli bir şekilde daha uzağa gitmesi gerekiyorsa, kullanacağı dalga boyu da o kadar yüksek olacaktır. Günümüzde geliştirmiş otonom araba lazerleri, 200 metre ileriyi taramak için yaklaşık 1.550 nanometre dalga boylarını kullanır.

Kaynak:

► control.com
► i-micronews.com
► levelfivesupplies.com