lidar - Lidar

Yürüyen Ayılar Höyük Grubu, Effigy Mounds Ulusal Anıtı'nın lidardan türetilmiş görüntüsü .
Lidar ve lazer kılavuzlu yıldız deneyleri için Starfire Optik Menzilinde kullanılan bir FASOR , sodyum D2a çizgisine ayarlanmıştır ve üst atmosferdeki sodyum atomlarını uyarmak için kullanılır .
Bu lidar, 3 boyutlu bir model üretmek için binaları, kaya oluşumlarını vb. taramak için kullanılabilir. Lidar, lazer ışınını geniş bir aralıkta hedefleyebilir: başı yatay olarak döner; ayna dikey olarak eğilir. Lazer ışını, yolundaki ilk nesneye olan mesafeyi ölçmek için kullanılır.
Brezilya yağmur ormanları üzerinde ağaçların tepesinden veri toplayan bir uçak.
Bu görünümde, izleyici yağmur ormanlarının gölgesine doğru uçar ve sanal yaprakların arasından uçar.
Bu görselleştirme, Brezilya yağmur ormanları üzerinde 50 kilometrelik bir lidar verisi toplayan bir uçağı göstermektedir. Zemin seviyesindeki özellikler için renkler koyu kahverengiden ten rengine kadar değişir. Koyu yeşillerin zemine en yakın, açık yeşillerin en yüksek olduğu bitki örtüsü yükseklikleri yeşilin tonlarında tasvir edilmiştir.

Lidar ( / l d ɑːr / , ayrıca LIDAR veya LiDAR ; bazen LADAR ), bir nesneyi bir lazerle hedefleyerek ve yansıyan ışığın alıcıya geri dönme süresini ölçerek aralıkları (değişken mesafe) belirlemek için bir yöntemdir . Lidar , lazer dönüş sürelerindeki farklılıklar ve değişen lazer dalga boyları nedeniyle, dünya yüzeyindeki ve okyanus tabanındaki alanların dijital 3 boyutlu temsillerini yapmak için de kullanılabilir . Karasal, havadan ve mobil uygulamalara sahiptir.

Lidar , "ışık tespiti ve menzili" veya "lazer görüntüleme, tespit ve menzil" kelimelerinin kısaltmasıdır. Lidar bazen 3 boyutlu lazer tarama , 3 boyutlu tarama ve lazer taramanın özel bir kombinasyonu olarak adlandırılır .

Lidar, ölçme , jeodezi , jeomatik , arkeoloji , coğrafya , jeoloji , jeomorfoloji , sismoloji , ormancılık , atmosferik fizik , lazer rehberliği , havadan lazer alan haritalama (ALSM) ve lazer altimetri uygulamalarıyla yüksek çözünürlüklü haritalar yapmak için yaygın olarak kullanılır . Teknoloji ayrıca bazı otonom arabaların kontrol ve navigasyonunda ve Mars arazisi üzerinde rekor kıran uçuşlarında Helikopter Ingenuity için de kullanılıyor .

Tarih ve etimoloji

Hughes Aircraft Company , lazerin icadından kısa bir süre sonra , 1961'de Malcolm Stitch'in yönetiminde ilk lidar benzeri sistemi tanıttı. Uydu takibi için tasarlanan bu sistem, lazer odaklı görüntülemeyi, uygun sensörler ve veri toplama elektroniği kullanarak bir sinyalin geri dönüş süresini ölçerek mesafeleri hesaplama yeteneği ile birleştirdi. Başlangıçta " Radar " teriminden türetilen "tutarlı ışık algılama ve menzili" için bir kısaltma olan "Colidar" olarak adlandırıldı , kendisi "radyo algılama ve menzil" için bir kısaltmadır. Tüm lazer telemetreler , lazer altimetreler ve lidar birimleri, erken kolidar sistemlerinden türetilmiştir. Bir kolidar sisteminin ilk pratik karasal uygulaması, 1963'te üretilen, 7 mil menzile ve 15 fit hassasiyete sahip, askeri hedefleme için kullanılmak üzere, tüfek benzeri büyük bir lazer telemetre olan "Colidar Mark II" idi. 1963'te bağımsız bir kelime olarak lidardan ilk söz, " ışık " ve "radar" kelimelerinin bir birleşimi olarak ortaya çıktığını düşündürmektedir: "Sonunda lazer, uzak nesnelerden belirli dalga boylarında son derece hassas bir dedektör sağlayabilir. Bu arada, 'lidar' (ışık radarı) ile ayı incelemek için kullanılır..." " Fotonik radar " adı bazen lidar gibi görünür spektrumlu menzil bulma anlamında kullanılır.

Lidar'ın ilk uygulamaları, Ulusal Atmosferik Araştırma Merkezi'nin bulutları ve kirliliği ölçmek için kullandığı meteorolojideydi. 1971'de Apollo 15 görevi sırasında, astronotların ayın yüzeyini haritalamak için bir lazer altimetre kullandığında, halk lidar sistemlerinin doğruluğunun ve kullanışlılığının farkına vardı . İngilizce artık "radar" kelimesini bir kısaltma olarak görmese de (yani büyük harf kullanılmadan), "lidar" kelimesi 1980'lerden itibaren bazı yayınlarda "LIDAR" veya "LiDAR" olarak büyük harfle yazılmıştır. Büyük harf kullanımı konusunda fikir birliği yoktur. Çeşitli yayınlar lidardan "LIDAR", "LiDAR", "LIDaR" veya "Lidar" olarak bahseder. USGS , bazen aynı belgede hem "LIDAR" hem de "lidar" kullanır ; New York Times , personel tarafından yazılan makaleler için ağırlıklı olarak "lidar" kullanır, ancak Reuters gibi katkıda bulunan haber akışları Lidar'ı kullanabilir.

Genel açıklama

Lidar, nesneleri görüntülemek için ultraviyole , görünür veya yakın kızılötesi ışık kullanır. Metalik olmayan nesneler, kayalar, yağmur, kimyasal bileşikler, aerosoller , bulutlar ve hatta tek moleküller dahil olmak üzere çok çeşitli malzemeleri hedefleyebilir . Dar bir lazer ışını, fiziksel özellikleri çok yüksek çözünürlüklerle eşleyebilir ; örneğin, bir uçak araziyi 30 santimetre (12 inç) veya daha iyi bir çözünürlükte haritalayabilir.

Lazer mesafe bulmaya uygulanan temel uçuş süresi ilkeleri
Bir LIDAR enstrümanıyla Brezilya Amazonu üzerinde uçmak.
Lidar kullanarak Ganj ve Brahmaputra Nehri havzası üzerinde dijital yükseklik haritası verilerini toplayan bir uydunun animasyonu.

Lidar'ın temel konsepti 1930'da atmosferi araştırmak için güçlü projektörlerin kullanımını öngören EH Synge tarafından ortaya atıldı. Gerçekten de, lidar o zamandan beri atmosferik araştırma ve meteoroloji için yaygın olarak kullanılmaktadır . Uçaklara ve uydulara takılan Lidar aletleri , ölçme ve haritalama işlemlerini gerçekleştirir - yakın tarihli bir örnek, ABD Jeolojik Araştırma Deneysel Gelişmiş Havadan Araştırma Lidarıdır. NASA , lidar'ı geleceğin robotik ve mürettebatlı Ay'a iniş araçlarının otonom hassas güvenli inişini sağlamak için kilit bir teknoloji olarak tanımladı.

Dalga boyları hedefe uyacak şekilde değişir: yaklaşık 10 mikrometreden ( kızılötesi ) yaklaşık 250 nm'ye ( UV ). Tipik olarak ışık, bir aynada bulunabilecek saf yansımanın aksine, geri saçılma yoluyla yansıtılır . Farklı lidar uygulamaları için farklı saçılma türleri kullanılır: en yaygın olarak Rayleigh saçılması , Mie saçılması , Raman saçılması ve floresan . Uygun dalga boyları kombinasyonları, döndürülen sinyalin yoğunluğundaki dalga boyuna bağlı değişiklikleri tanımlayarak atmosferik içeriklerin uzaktan haritalanmasına izin verebilir. "Fotonik radar" adı bazen lidar gibi görünür spektrumlu menzil bulma anlamında kullanılır, ancak fotonik radar daha kesin olarak fotonik bileşenleri kullanarak radyo frekansı menzil bulma anlamına gelir .

teknoloji

Tasarım

Animasyonu görmek için resme tıklayın. Temel bir lidar sistemi, dönen bir ayna (üstte) tarafından yansıtılan bir lazer mesafe bulucu içerir. Lazer, sayısallaştırılan sahnenin etrafında bir veya iki boyutta (ortada) taranır ve belirli açı aralıklarında (altta) mesafe ölçümleri toplanır.

İki tür lidar algılama şeması, "tutarsız" veya doğrudan enerji algılama (esas olarak yansıyan ışığın genlik değişikliklerini ölçer) ve tutarlı algılamadır ( Doppler kaymalarını veya yansıyan ışığın fazındaki değişiklikleri ölçmek için en iyisi). Tutarlı sistemler genellikle optik heterodin algılama kullanır . Bu, doğrudan algılamadan daha hassastır ve çok daha düşük güçte çalışmasına izin verir, ancak daha karmaşık alıcı-vericiler gerektirir.

Her iki tip de darbe modelleri kullanır: ya mikro darbe ya da yüksek enerji . Mikro darbe sistemleri, aralıklı enerji patlamaları kullanır. Lazer teknolojisindeki gelişmelerle birlikte sürekli artan bilgisayar gücünün bir sonucu olarak geliştiler. Lazerde , tipik olarak bir mikrojoule düzeyinde önemli ölçüde daha az enerji kullanırlar ve genellikle "göz için güvenlidir", yani güvenlik önlemleri olmadan kullanılabilirler. Yüksek güçlü sistemler, atmosferik parametreleri ölçmek için yaygın olarak kullanıldığı atmosferik araştırmalarda yaygındır: bulutların yüksekliği, katmanları ve yoğunlukları, bulut partikül özellikleri ( yok olma katsayısı , geri saçılma katsayısı, depolarizasyon ), sıcaklık, basınç, rüzgar, nem, ve eser gaz konsantrasyonu (ozon, metan, nitröz oksit, vb.).

Bileşenler

Lidar sistemleri birkaç ana bileşenden oluşur.

Lazer

600–1000 nm lazerler , bilimsel olmayan uygulamalar için en yaygın olanıdır. Lazerin maksimum gücü sınırlıdır veya yerdeki insanlar için göz güvenli hale getirmek için lazeri belirli irtifalarda kapatan otomatik bir kapatma sistemi kullanılır.

Yaygın bir alternatif olan 1550 nm lazerler, nispeten yüksek güç seviyelerinde göze güvenlidir, çünkü bu dalga boyu göz tarafından güçlü bir şekilde emilmez, ancak dedektör teknolojisi daha az gelişmiştir ve dolayısıyla bu dalga boyları genellikle daha düşük doğrulukla daha uzun aralıklarda kullanılır. Daha kısa olan 1000 nm kızılötesi lazerin aksine 1550 nm gece görüş gözlüklerinde görülmediği için askeri uygulamalar için de kullanılırlar .

Havadan topografik haritalama lidarları genellikle 1064 nm diyot pompalı YAG lazerleri kullanırken, batimetrik (su altı derinlik araştırma) sistemleri genellikle 532 nm frekanslı iki kat diyot pompalı YAG lazerleri kullanır, çünkü 532 nm suya 1064 nm'den çok daha az zayıflama ile nüfuz eder. Lazer ayarları, lazer tekrarlama oranını (veri toplama hızını kontrol eden) içerir. Darbe uzunluğu genellikle lazer boşluğu uzunluğunun, kazanç malzemesi (YAG, YLF vb.) boyunca gerekli geçişlerin sayısı ve Q-anahtar (darbeli) hızının bir özelliğidir. Lidar alıcı dedektörleri ve elektroniğinin yeterli bant genişliğine sahip olması koşuluyla, daha kısa darbelerle daha iyi hedef çözünürlüğü elde edilir.

aşamalı diziler

Aşamalı bir dizi , mikroskobik bir ayrı anten dizisini kullanarak herhangi bir yönü aydınlatabilir. Her antenin zamanlamasını (fazını) kontrol etmek, uyumlu bir sinyali belirli bir yöne yönlendirir.

Aşamalı diziler 1940'lardan beri radarda kullanılmaktadır. Aynı teknik ışıkla da kullanılabilir. Milyonlarca optik anten, belirli bir yönde belirli büyüklükteki bir radyasyon modelini görmek için kullanılır. Sistem, hassas flaşın zamanlaması ile kontrol edilir. Tek bir çip (veya birkaç) 75.000 ABD Doları değerindeki elektromekanik sistemin yerini alarak maliyetleri önemli ölçüde azaltır.

905 nm'lik bir katı hal cihazı tasarlayan Quanergy şirketi de dahil olmak üzere, geliştirmede bazı sorunlar yaşıyor gibi görünseler de, birkaç şirket ticari katı hal lidar birimleri geliştirmek için çalışıyor .

Kontrol sistemi, yakınlaştırma/uzaklaştırma işlevlerini etkinleştirmek için merceğin şeklini değiştirebilir. Belirli alt bölgeler, saniyeden kısa aralıklarla hedeflenebilir.

Elektromekanik lidar 1.000 ile 2.000 saat arasında sürer. Buna karşılık, katı hal lidar 100.000 saat çalışabilir.

Mikroelektromekanik makineler

Mikroelektromekanik aynalar (MEMS) tamamen katı hal değildir. Bununla birlikte, küçük form faktörleri aynı maliyet avantajlarının çoğunu sağlar. Tek bir lazer, hedef alanın herhangi bir bölümünü görüntülemek için yeniden yönlendirilebilen tek bir aynaya yönlendirilir. Ayna hızlı bir şekilde dönüyor. Ancak, MEMS sistemleri genellikle tek bir düzlemde (soldan sağa) çalışır. İkinci bir boyut eklemek için genellikle yukarı ve aşağı hareket eden ikinci bir ayna gerekir. Alternatif olarak, başka bir lazer aynı aynaya başka bir açıdan vurabilir. MEMS sistemleri şok/titreşim ile bozulabilir ve tekrarlanan kalibrasyon gerektirebilir. Amaç, yeniliği ve daha ileri teknolojik gelişmeleri geliştirmek için küçük bir mikroçip oluşturmaktır.

Tarayıcı ve optik

Görüntü geliştirme hızı, tarandıkları hızdan etkilenir. Azimut ve yükseklik tarama seçenekleri arasında çift salınımlı düzlem aynalar, çokgen ayna ile kombinasyon ve çift ​​eksenli tarayıcı bulunur . Optik seçimler, algılanabilecek açısal çözünürlüğü ve aralığı etkiler. Bir delik aynası veya bir ışın ayırıcı , bir dönüş sinyali toplamak için seçeneklerdir.

Fotodedektör ve alıcı elektroniği

Lidar'da iki ana fotodetektör teknolojisi kullanılmaktadır: silikon çığ fotodiyotları veya fotoçoğaltıcılar gibi katı hal fotodetektörleri . Alıcının hassasiyeti, bir lidar tasarımında dengelenmesi gereken bir diğer parametredir.

Konum ve navigasyon sistemleri

Uçaklar veya uydular gibi mobil platformlara monte edilen lidar sensörleri, sensörün mutlak konumunu ve yönünü belirlemek için enstrümantasyon gerektirir. Bu tür cihazlar genellikle bir Küresel Konumlandırma Sistemi alıcısı ve bir atalet ölçüm birimini (IMU) içerir.

sensör

Lidar, kendi aydınlatma kaynağını sağlayan aktif sensörler kullanır. Enerji kaynağı nesnelere çarpar ve yansıyan enerji sensörler tarafından algılanır ve ölçülür. Nesneye olan mesafe, iletilen ve geri saçılan darbeler arasındaki süre kaydedilerek ve kat edilen mesafeyi hesaplamak için ışık hızı kullanılarak belirlenir. Flash LIDAR, kameranın daha büyük bir flaş yayma ve geri dönen enerji ile ilgili alanın uzamsal ilişkilerini ve boyutlarını algılama yeteneği nedeniyle 3 boyutlu görüntülemeye izin verir. Bu, yakalanan karelerin birbirine dikilmesi gerekmediğinden ve sistem platform hareketine duyarlı olmadığından daha doğru görüntülemeye olanak tanır. Bu daha az bozulma ile sonuçlanır.

3 boyutlu görüntüleme, hem taramalı hem de taramasız sistemler kullanılarak elde edilebilir. "3 boyutlu kapılı görüntüleme lazer radarı", darbeli bir lazer ve hızlı kapılı bir kamera uygulayan, tarama yapmayan bir lazer menzil sistemidir. Dijital Işık İşleme (DLP) teknolojisini kullanan sanal ışın yönlendirmesi için araştırmalar başladı .

Görüntüleme lidar aynı zamanda yüksek hızlı dedektör dizileri ve tipik olarak tamamlayıcı metal-oksit-yarı iletken (CMOS) ve hibrit CMOS/ Yük-bağlı cihaz (CCD) üretim teknikleri kullanılarak tek çipler üzerine kurulu modülasyona duyarlı dedektör dizileri kullanılarak da gerçekleştirilebilir. Bu cihazlarda her piksel, demodülasyon veya yüksek hızda geçitleme gibi bazı yerel işlemleri gerçekleştirir, sinyalleri video hızına düşürür, böylece dizi bir kamera gibi okunabilir. Bu teknik kullanılarak aynı anda binlerce piksel/kanal elde edilebilir. Yüksek çözünürlüklü 3-D lidar kameralar , elektronik CCD veya CMOS deklanşör ile homodin algılamayı kullanır .

Tutarlı bir görüntüleme lidarı, bakan tek elemanlı bir alıcının bir görüntüleme dizisiymiş gibi hareket etmesini sağlamak için sentetik dizi heterodin algılamasını kullanır.

2014'te Lincoln Laboratuvarı , her biri tek bir fotonu görüntüleyebilen ve tek bir görüntüde geniş bir alanı yakalamalarını sağlayan 16.384'ten fazla piksele sahip yeni bir görüntüleme çipini duyurdu. Dörtte biri kadar piksele sahip daha eski bir teknoloji nesli, Ocak 2010 Haiti depreminden sonra ABD ordusu tarafından gönderildi. Port-au-Prince üzerinden 3.000 metre (10.000 ft.) yükseklikteki bir iş jetinin tek geçişi, şehrin 600 metre karelik anlık görüntülerini 30 santimetre (12 inç) çözünürlükte yakalamayı başardı ve kesin yüksekliği gösterdi. şehrin sokaklarına saçılmış moloz yığını. Yeni sistem on kat daha iyi ve çok daha büyük haritaları daha hızlı üretebilir. Çip , kızılötesi spektrumda nispeten uzun bir dalga boyunda çalışan ve daha yüksek güç ve daha uzun menziller sağlayan indiyum galyum arsenit (InGaAs) kullanıyor. Kendi kendini süren arabalar gibi birçok uygulamada, yeni sistem çipi hedeflemek için mekanik bir bileşen gerektirmeyerek maliyetleri düşürecek. InGaAs, görsel dalga boylarında çalışan geleneksel silikon dedektörlerden daha az tehlikeli dalga boyları kullanır.

flaş lidar

Flaş lidarda, tüm görüş alanı tek bir darbede geniş bir dağılan lazer ışını ile aydınlatılır. Bu, her seferinde tek bir noktayı aydınlatan paralelleştirilmiş bir lazer ışını kullanan ve görüş alanını nokta nokta aydınlatmak için ışın raster taranan geleneksel tarama lidarının aksine . Bu aydınlatma yöntemi de farklı bir algılama şeması gerektirir. Hem tarama hem de flaş lidarında, her karede üzerine gelen ışığın hem 3 boyutlu konumu hem de yoğunluğu hakkında bilgi toplamak için uçuş süresi kamerası kullanılır. Bununla birlikte, tarama lidarında, bu kamera yalnızca bir nokta sensörü içerirken, flaş lidarında kamera , her pikseli 3 boyutlu konum ve yoğunluk bilgilerini toplayan 1 boyutlu veya 2 boyutlu bir sensör dizisi içerir. Her iki durumda da, derinlik bilgisi, lazer darbesinin uçuş süresi (yani, her lazer darbesinin hedefi vurması ve sensöre geri dönmesi için geçen süre) kullanılarak toplanır ; bu, lazerin darbesini ve alıcı tarafından alınmasını gerektirir. senkronize edilecek kamera. Sonuç, renkler yerine mesafenin fotoğraflarını çeken bir kameradır. Flaş lidar, tüm sahne aynı anda aydınlatıldığından, kamera, sahne veya her ikisi hareket halindeyken tarama lidarına kıyasla özellikle avantajlıdır. Tarama lidarıyla, lazer sahne üzerinde rasterlerken hareket, zaman içinde "titremeye" neden olabilir.

Tüm lidar formlarında olduğu gibi, yerleşik aydınlatma kaynağı flash lidar'ı aktif bir sensör yapar. Döndürülen sinyal, sensörün görüş alanı içinde nesnelerin ve arazi özelliklerinin neredeyse anında 3 boyutlu görüntülenmesini üretmek için gömülü algoritmalar tarafından işlenir. Lazer darbe tekrarlama frekansı, yüksek çözünürlük ve doğrulukla 3 boyutlu videolar oluşturmak için yeterlidir. Sensörün yüksek kare hızı, onu son derece hassas uzaktan iniş işlemleri gibi gerçek zamanlı görselleştirmeden yararlanan çeşitli uygulamalar için kullanışlı bir araç haline getiriyor. Hedef manzaraların bir 3D yükseklik ağını hemen döndürerek, otonom uzay aracı iniş senaryolarında en uygun iniş bölgelerini belirlemek için bir flaş sensörü kullanılabilir.

Uzaktan görmek, güçlü bir ışık patlaması gerektirir. Güç, insan retinalarına zarar vermeyen seviyelerle sınırlıdır. Dalga boyları insan gözünü etkilememelidir. Bununla birlikte, düşük maliyetli silikon görüntüleyiciler, göze zarar vermeyen spektrumda ışığı okumazlar. Bunun yerine, maliyetleri 200.000 dolara çıkarabilen galyum-arsenid görüntüleyiciler gereklidir. Galyum-arsenid, genellikle uzay uygulamalarında kullanılan yüksek maliyetli, yüksek verimli güneş panelleri üretmek için kullanılan aynı bileşiktir.

sınıflandırma

Oryantasyona dayalı

Lidar, nadir , zenit veya yanal olarak yönlendirilebilir. Örneğin, lidar altimetreleri aşağıya bakar, atmosferik bir lidar yukarı bakar ve lidar tabanlı çarpışmadan kaçınma sistemleri yandan bakar.

Tarama mekanizmasına dayalı

Lidarların lazer projeksiyonları, bir tarama efekti üretmek için çeşitli yöntemler ve mekanizmalar kullanılarak manipüle edilebilir: 360 derecelik bir görünüm vermek için dönen standart mil tipi; sabit bir görüş alanına sahip olan, ancak hareketli parçası olmayan ve ışınları yönlendirmek için MEMS veya optik aşamalı dizileri kullanabilen katı hal lidar; ve sinyal dedektöre geri dönmeden önce geniş bir görüş alanına bir ışık flaşı yayan flaş lidar.

Platforma dayalı

Lidar uygulamaları havadan ve karadan olmak üzere ikiye ayrılabilir. İki tür, verilerin amacına, yakalanacak alanın boyutuna, istenen ölçüm aralığına, ekipman maliyetine ve daha fazlasına göre değişen özelliklere sahip tarayıcılar gerektirir. Uzayla taşınan platformlar da mümkündür, bkz . uydu lazer altimetresi .

havadan

Havadan lidar (ayrıca havadan lazer tarama ), bir lazer tarayıcının uçuş sırasında bir uçağa bağlıyken , manzaranın 3 boyutlu bir nokta bulutu modelini oluşturmasıdır. Bu, şu anda fotogrametrinin yerini alarak sayısal yükseklik modelleri oluşturmanın en ayrıntılı ve doğru yöntemidir . Fotogrametriye kıyasla önemli bir avantaj , ağaçlar tarafından gizlenen nehirler, yollar, kültürel miras alanları vb. gibi zemin yüzeylerini temsil eden bir dijital arazi modeli oluşturmak için bitki örtüsünden yansımaları nokta bulutu modelinden filtreleme yeteneğidir . Havadan lidar kategorisi içinde, bazen yüksek irtifa ve alçak irtifa uygulamaları arasında bir ayrım yapılır, ancak temel fark, daha yüksek irtifalarda elde edilen verilerin hem doğruluğunda hem de nokta yoğunluğunda bir azalmadır. Havadaki lidar, sığ suda batimetrik modeller oluşturmak için de kullanılabilir.

Havadaki lidarın ana bileşenleri sayısal yükseklik modelleri (DEM) ve sayısal yüzey modelleri (DSM) içerir. Noktalar ve zemin noktaları, ayrık noktaların vektörleridir, DEM ve DSM ise ayrık noktaların enterpolasyonlu raster ızgaralarıdır. Süreç ayrıca dijital hava fotoğraflarının çekilmesini de içerir. Örneğin derin yerleşimli heyelanları yorumlamak için bitki örtüsü altında, sarplıklar, gerilim çatlakları veya uçlu ağaçlar hava kaynaklı lidar kullanılır. Havadan lidar dijital yükseklik modelleri, orman örtüsünün gölgesini görebilir, sarplıklar, erozyon ve elektrik direklerinin devrilmesinin ayrıntılı ölçümlerini yapabilir.

Havadaki lidar verileri, lidar veri filtreleme ve arazi etüdü yazılımı için Lidar Veri Filtreleme ve Orman Çalışmaları (TIFFS) için Araç Kutusu adlı bir araç kutusu kullanılarak işlenir. Veriler, yazılım kullanılarak dijital arazi modellerine enterpole edilir. Lazer, haritalanacak bölgeye yönlendirilir ve her noktanın yerden yüksekliği, orijinal z-koordinatını karşılık gelen dijital arazi modeli yüksekliğinden çıkararak hesaplanır. Yerden bu yüksekliğe dayanarak, binalar, elektrik hatları, uçan kuşlar, böcekler vb. nesneleri içerebilen bitki örtüsü olmayan veriler elde edilir. Geri kalan noktalar bitki örtüsü olarak ele alınır ve modelleme ve haritalama için kullanılır. Bu grafiklerin her birinde, ortalama, standart sapma, çarpıklık, yüzdelikler, ikinci dereceden ortalama vb. istatistikler hesaplanarak lidar metrikleri hesaplanır.

Havadaki Lidar Batimetrik Teknolojisi - Gölgeli kabartmada ve derinlikle renklendirilmiş, olağanüstü faylı ve deforme olmuş deniz tabanı jeolojisini gösteren yüksek çözünürlüklü çok ışınlı lidar haritası.
Havadaki lidar batimetrisi

Havadaki lidar batimetrik teknolojik sistem, bir sinyalin bir kaynaktan sensöre dönüşüne kadar uçuş süresinin ölçülmesini içerir . Veri toplama tekniği, bir deniz tabanı haritalama bileşenini ve video kesitlerini ve örneklemeyi içeren bir yer gerçeği bileşenini içerir. Yeşil spektrumlu (532 nm) lazer ışını kullanarak çalışır. İki ışın, bir dizi nokta oluşturan hızlı dönen bir aynaya yansıtılır. Kirişlerden biri suya nüfuz eder ve uygun koşullar altında suyun alt yüzeyini de algılar.

Elde edilen veriler, deniz tabanının üzerinde açığa çıkan kara yüzeyinin tamamını göstermektedir. Bu teknik, büyük deniz tabanı haritalama programında önemli bir rol oynayacağı için son derece kullanışlıdır. Haritalama, karadaki topoğrafyanın yanı sıra su altı yüksekliklerini de verir. Deniz tabanı yansıma görüntüleme, bu sistemdeki su altı habitatlarının haritalanmasından faydalanabilecek başka bir çözüm ürünüdür. Bu teknik, bir hidrografik lidar kullanılarak Kaliforniya sularının üç boyutlu görüntü haritalaması için kullanılmıştır.

Multikopter İHA ile gerçekleştirilen lidar taraması .

Drone'lar artık daha küçük alanları taramak için daha ekonomik bir yöntem olarak diğer uzak sensörlerin yanı sıra lazer tarayıcılarla birlikte kullanılıyor. Drone uzaktan algılama olasılığı, insanlı bir hava aracının ekiplerinin zorlu arazilerde veya uzak alanlarda maruz kalabileceği herhangi bir tehlikeyi de ortadan kaldırır.

Karasal

Lidarın karasal uygulamaları (ayrıca karasal lazer tarama ) Dünya yüzeyinde gerçekleşir ve sabit veya hareketli olabilir. Sabit karasal tarama, örneğin geleneksel topografya, izleme, kültürel miras dokümantasyonu ve adli tıpta bir araştırma yöntemi olarak en yaygın olanıdır. Bu tür tarayıcılardan elde edilen 3 boyutlu nokta bulutları , diğer teknolojilere kıyasla nispeten kısa sürede gerçekçi görünümlü 3 boyutlu modeller oluşturmak için tarayıcının bulunduğu yerden taranan alanın dijital görüntüleri ile eşleştirilebilir. Nokta bulutundaki her noktaya, noktayı oluşturan lazer ışını ile aynı konum ve yönde alınan görüntüden pikselin rengi verilir.

Mobil lidar (aynı zamanda mobil lazer tarama ), bir yol boyunca veri toplamak için hareket eden bir araca iki veya daha fazla tarayıcının bağlanmasıdır. Bu tarayıcılar, neredeyse her zaman GNSS alıcıları ve IMU'lar dahil olmak üzere başka tür ekipmanlarla eşleştirilir . Örnek bir uygulama, elektrik hatlarının, tam köprü yüksekliklerinin, çevreleyen ağaçların vb. tümünün dikkate alınması gereken sokakların araştırılmasıdır. Bu ölçümlerin her birini sahada takimetre ile tek tek toplamak yerine , toplanan verilerin kalitesine bağlı olarak ihtiyaç duyulan tüm ölçümlerin yapılabileceği bir nokta bulutundan 3 boyutlu bir model oluşturulabilir. Bu, model kullanılabilir, güvenilir ve uygun bir doğruluk düzeyine sahip olduğu sürece ölçüm almayı unutma sorununu ortadan kaldırır.

Karasal lidar haritalama, doluluk ızgara haritası oluşturma sürecini içerir . İşlem, lidar verileri ilgili ızgara hücresine düştüğünde yükseklik değerlerini depolamak için bir işlem kullanan ızgaralara bölünmüş bir hücre dizisini içerir. Daha sonra, daha sonraki işlemler için hücre değerlerine belirli bir eşik uygulanarak ikili bir harita oluşturulur. Sonraki adım, veri oluşturma sürecine yol açan belirtilen ızgara hücrelerinin her birine hangi 3-B noktaların karşılık geldiğini belirlemek için her taramadan radyal mesafeyi ve z-koordinatlarını işlemek.

Tam dalga formu LiDAR

Havadaki LiDAR sistemleri geleneksel olarak yalnızca birkaç tepe dönüşü elde edebildi, daha yeni sistemler ise yansıyan tüm sinyali alıp sayısallaştırdı. Bilim adamları, Gauss Ayrıştırmasını kullanarak tepe dönüşlerini çıkarmak için dalga biçimi sinyalini analiz ettiler. Zhuang ve diğerleri, 2017, bu yaklaşımı yer üstü biyokütlesini tahmin etmek için kullandı. Büyük miktarda tam dalga formu verisini işlemek zordur. Bu nedenle, dalga biçimlerinin Gauss Ayrıştırması, verileri azalttığı ve 3B nokta bulutlarının yorumlanmasını destekleyen mevcut iş akışları tarafından desteklendiği için etkilidir. Son çalışmalar vokselleşmeyi araştırdı. Dalga formu örneklerinin yoğunlukları, taranan alanın 3B temsilini oluşturan vokselleştirilmiş bir alana (yani 3B gri tonlamalı görüntü) eklenir. İlgili ölçümler ve bilgiler daha sonra bu vokselleştirilmiş alandan çıkarılabilir. Yapısal bilgiler, yerel alanlardan 3D metrikler kullanılarak çıkarılabilir ve Avustralya'da ölü duran Okaliptüs ağaçlarını tespit etmek için vokselizasyon yaklaşımını kullanan bir vaka çalışması vardır.

Uygulamalar

Bu mobil robot , bir harita oluşturmak ve engellerden kaçınmak için lidarını kullanır.

Ulusal lidar veri seti programlarında sıklıkla bahsedildiği gibi aşağıda listelenen uygulamalara ek olarak çok çeşitli lidar uygulamaları bulunmaktadır . Bu uygulamalar büyük ölçüde etkili nesne algılama aralığı tarafından belirlenir; lidarın nesneleri ne kadar doğru bir şekilde tanımlayıp sınıflandırdığını gösteren çözünürlük; ve yansıma karışıklığı, yani lidarın yansıtıcı işaretler veya parlak güneş gibi parlak nesnelerin varlığında bir şeyi ne kadar iyi görebildiği anlamına gelir.

Şirketler, şu anda yaklaşık 1.200 dolardan 12.000 doların üzerine kadar olan lidar sensörlerinin maliyetini düşürmek için çalışıyor. Düşük fiyatlar, lidar'ı yeni pazarlar için daha çekici hale getirecek.

Tarım

Farklı mahsul verim oranlarını içeren bir lidar dönüşü grafiği.
Lidar, tarım alanlarındaki verim oranlarını analiz etmek için kullanılır.

Tarım robotları , tohum ve gübre dağıtma, algılama teknikleri ve ayrıca yabani ot kontrolü görevi için mahsul keşif gibi çeşitli amaçlar için kullanılmıştır.

Lidar, maliyetli gübrenin nereye uygulanacağını belirlemeye yardımcı olabilir. Tarlaların topografik bir haritasını oluşturabilir ve tarım arazilerinin eğimlerini ve güneşe maruz kalmasını ortaya çıkarabilir. Tarımsal Araştırma Servisi'ndeki araştırmacılar , araziyi yüksek, orta veya düşük verim bölgelerine ayırmak için bu topografik verileri önceki yıllardaki tarım arazisi verim sonuçlarıyla birlikte kullandılar. Bu, verimi en üst düzeye çıkarmak için gübrenin nereye uygulanacağını gösterir.

Lidar artık tarladaki böcekleri izlemek için kullanılıyor. Lidar'ın kullanımı, cinsiyete ve türe kadar tanımlama ile bireysel uçan böceklerin hareketlerini ve davranışlarını tespit edebilir. 2017 yılında Amerika Birleşik Devletleri, Avrupa ve Çin'de bu teknolojiyle ilgili bir patent başvurusu yayınlandı.

Başka bir uygulama, yeşillik büyümesini ve budama veya diğer bakım ihtiyacını tespit etmek, meyve üretimindeki değişiklikleri tespit etmek veya bitkileri saymak için meyve bahçelerinde ve üzüm bağlarında mahsul haritalamasıdır.

Lidar, yeşilliklerin uydu sinyallerini hassas tarım ekipmanlarına veya sürücüsüz bir traktöre engellediği fındık ve meyve bahçeleri gibi GNSS'nin reddedildiği durumlarda faydalıdır . Lidar sensörleri sıraların kenarlarını algılayabilir, böylece tarım ekipmanları GNSS sinyali yeniden kurulana kadar hareket etmeye devam edebilir.

Bitki türleri sınıflandırması

Yabani otları kontrol etmek, bitki türlerinin tanımlanmasını gerektirir. Bu, 3 boyutlu lidar ve makine öğrenimi kullanılarak yapılabilir. Lidar, bitki konturlarını aralık ve yansıtma değerleriyle bir "nokta bulutu" olarak üretir. Bu veriler dönüştürülür ve ondan özellikler çıkarılır. Tür biliniyorsa, özellikler yeni veri olarak eklenir. Türler etiketlenir ve özellikleri ilk olarak türün gerçek ortamda tanımlanması için örnek olarak saklanır. Bu yöntem verimlidir çünkü düşük çözünürlüklü bir lidar ve denetimli öğrenme kullanır. Tesis büyüklüğünden bağımsız ortak istatistiksel özelliklere sahip, hesaplanması kolay bir özellik seti içerir.

Arkeoloji

Lidar, arazi kampanyalarının planlanması, orman gölgesi altındaki haritalama özellikleri ve yerden ayırt edilemeyen geniş, sürekli özelliklere genel bakış dahil olmak üzere arkeolojide birçok kullanıma sahiptir. Lidar, yüksek çözünürlüklü veri kümelerini hızlı ve ucuz bir şekilde üretebilir. Lidar'dan türetilen ürünler, analiz ve yorumlama için bir Coğrafi Bilgi Sistemine (CBS) kolayca entegre edilebilir.

Lidar ayrıca, aksi takdirde bitki örtüsü tarafından gizlenen mikro topografyayı ortaya çıkarabilen arkeolojik alanların yüksek çözünürlüklü dijital yükseklik modellerinin (DEM'ler) oluşturulmasına da yardımcı olabilir. Döndürülen lidar sinyalinin yoğunluğu, özellikle kızılötesi spektrum kullanılarak haritalama yapılırken, tarlalar gibi düz bitkili yüzeylerin altına gömülü özellikleri tespit etmek için kullanılabilir. Bu özelliklerin varlığı bitki büyümesini ve dolayısıyla geri yansıyan kızılötesi ışığın miktarını etkiler. Örneğin, Fort Beauséjour – Fort Cumberland Ulusal Tarihi Bölgesi, Kanada'da lidar, 1755'teki Kale kuşatmasıyla ilgili arkeolojik özellikler keşfetti. Yerde veya havadan fotoğraflama yoluyla ayırt edilemeyen özellikler, tepelerin üst üste bindirilmesiyle belirlendi. Çeşitli açılardan yapay aydınlatma ile oluşturulan DEM. Diğer bir örnek ise Arlen Chase ve eşi Diane Zaino Chase'in Caracol'daki çalışmasıdır . 2012 yılında, lidar, Honduras ormanının La Mosquitia bölgesinde efsanevi La Ciudad Blanca şehrini veya "Maymun Tanrı Şehri" ni aramak için kullanıldı . Yedi günlük bir haritalama döneminde, insan yapımı yapılara dair kanıtlar bulundu. Haziran 2013'te Mahendraparvata şehrinin yeniden keşfedildiği açıklandı. Güney New England'da, lidar taş duvarları, bina temellerini, terk edilmiş yolları ve bölgenin yoğun orman gölgeliği tarafından hava fotoğraflarında gizlenen diğer peyzaj özelliklerini ortaya çıkarmak için kullanıldı. Kamboçya'da, Angkor manzarasındaki antropojenik değişiklikleri ortaya çıkarmak için Damian Evans ve Roland Fletcher tarafından lidar verileri kullanıldı.

2012'de Lidar , Meksika'nın Michoacán'daki Angamuco'nun Purépecha yerleşiminin bugünün Manhattan'ı kadar binaya sahip olduğunu ortaya çıkardı; 2016'da, kuzey Guatemala'daki antik Maya geçitlerinin haritalanmasında kullanılması, antik El Mirador kentini diğer sitelere bağlayan 17 yükseltilmiş yolu ortaya çıkardı. 2018'de lidar kullanan arkeologlar, Maya Biyosfer Rezervi'nde 60.000'den fazla insan yapımı yapı keşfettiler; bu, Maya uygarlığının önceden düşünülenden çok daha büyük olduğunu gösteren "büyük bir atılım" .

otonom araçlar

Çatıda beş Velodyne LiDAR ünitesi bulunan Seyir Otomasyonu sürücüsüz araba
SICK LMC lidar sensörü kullanan 3-D Lazer Sistemini tahmin edin

Otonom araçlar , ortamlarda güvenli bir şekilde gezinmek için engel tespiti ve kaçınma için lidar kullanabilir. Lidar'ın piyasaya sürülmesi , DARPA Grand Challenge'ı başarıyla tamamlayan ilk otonom araç olan Stanley'nin arkasındaki kilit etken olan çok önemli bir olaydı . Lidar sensöründen gelen nokta bulutu çıktısı, robot yazılımının ortamda potansiyel engellerin nerede olduğunu ve robotun bu potansiyel engellere göre nerede olduğunu belirlemesi için gerekli verileri sağlar. Singapur'un Singapur-MIT Araştırma ve Teknoloji İttifakı (SMART) , otonom lidar araçları için aktif olarak teknolojiler geliştiriyor.

İlk nesil otomotiv uyarlamalı hız sabitleyici sistemleri yalnızca lidar sensörleri kullanıyordu.

Taşıma sistemleri için nesne algılama

Ulaşım sistemlerinde araç ve yolcu güvenliğinin sağlanması ve sürücü yardımı sağlayan elektronik sistemlerin geliştirilmesi için aracı ve çevresini anlamak esastır. Lidar sistemleri, ulaşım sistemlerinin güvenliğinde önemli rol oynamaktadır. Adaptif Hız Sabitleyici (ACC), Acil Durum Fren Yardımı ve Kilitlenmeyi Önleyici Fren Sistemi (ABS) gibi sürücü yardımına ve araç güvenliğine katkıda bulunan birçok elektronik sistem, otonom veya yarı otonom olarak hareket etmek için bir aracın ortamının algılanmasına bağlıdır. Lidar haritalama ve tahmin bunu başarır.

Temel bilgilere genel bakış: Mevcut lidar sistemleri, lazer ışınını bölen dönen altıgen aynalar kullanır. Üstteki üç ışın, araç ve öndeki engeller için, alt ışınlar ise şerit işaretlerini ve yol özelliklerini algılamak için kullanılır. Lidar kullanmanın en büyük avantajı, uzaysal yapının elde edilmesi ve bu verilerin radar vb. Çevre. Tersine, lidar ile ilgili önemli bir sorun, kötü hava koşullarında nokta bulutu verilerini yeniden oluşturmanın zorluğudur. Örneğin şiddetli yağmurda, lidar sisteminden yayılan ışık darbeleri, verilere "yankı" adı verilen gürültü ekleyen yağmur damlacıklarından kısmen yansıtılır.

Aşağıda, lidar verilerinin işlenmesine ve diğer sensörlerden gelen verilerle birlikte, araç ortam koşullarını tespit etmek için sensör füzyonu yoluyla kullanılmasına ilişkin çeşitli yaklaşımlardan bahsedilmiştir.

3 boyutlu lidar ve radar ölçümü ile füzyon kullanan GRID tabanlı işleme

Philipp Lindner ve Gerd Wanielik tarafından önerilen bu yöntemde, lazer verileri çok boyutlu bir doluluk ızgarası kullanılarak işlenir. Dört katmanlı bir lazerden gelen veriler, sinyal düzeyinde önceden işlenir ve daha sonra engellerin özelliklerini çıkarmak için daha yüksek bir düzeyde işlenir. Bir kombinasyon iki ve üç boyutlu ızgara yapısı kullanılır ve bu yapılardaki boşluk birkaç ayrı hücreye mozaiklenir . Bu yöntem, büyük miktarda ham ölçüm verisinin, kanıt ızgarasının hücreleri olan uzamsal kaplarda toplanarak etkin bir şekilde işlenmesine izin verir. Her hücre, hücre işgalini tanımlayan bir olasılık ölçüsü ile ilişkilendirilir. Bu olasılık, zamanla elde edilen lidar sensörünün menzil ölçümü ve Bayes teoremi ile ilişkili yeni bir menzil ölçümü kullanılarak hesaplanmıştır . İki boyutlu bir ızgara önündeki bir engeli gözlemleyebilir, ancak engelin arkasındaki boşluğu gözlemleyemez. Bunu ele almak için, engelin arkasındaki bilinmeyen duruma 0,5 olasılık atanır. Üçüncü boyutun tanıtılmasıyla veya başka bir deyişle, çok katmanlı bir lazer kullanılarak, bir nesnenin uzamsal konfigürasyonu, bir karmaşıklık derecesine kadar ızgara yapısına eşlenebilir. Bu, ölçüm noktalarının üç boyutlu bir ızgaraya aktarılmasıyla sağlanır. Dolu olan ızgara hücreleri 0,5'ten büyük bir olasılığa sahip olacak ve eşleme, olasılığa dayalı olarak renk kodlu olacaktır. Dolu olmayan hücreler 0,5'ten daha düşük bir olasılığa sahip olacak ve bu alan genellikle beyaz boşluk olacaktır. Bu ölçüm daha sonra araç üzerindeki sensör konumu ve dünya koordinat sistemindeki araç konumu kullanılarak bir ızgara koordinat sistemine dönüştürülür. Sensörün koordinatları, araç üzerindeki konumuna bağlıdır ve aracın koordinatları, katı bir sahneye göre araç hareketini tahmin eden egomotion tahmini kullanılarak hesaplanır. Bu yöntem için grid profili tanımlanmalıdır. İletilen lazer ışınının dokunduğu ızgara hücreleri, Bresenham'ın çizgi algoritması uygulanarak hesaplanır . Uzamsal olarak genişletilmiş yapıyı elde etmek için bu hücrelerin bağlantılı bir bileşen analizi yapılır. Bu bilgi daha sonra nesnenin uzaysal özelliklerini elde etmek için dönen bir kumpas algoritmasına iletilir. Lidar algılamaya ek olarak, nesnenin hızı gibi ek dinamik özelliklerini elde etmek için iki kısa menzilli radar kullanılarak elde edilen RADAR verileri entegre edilmiştir. Ölçümler, potansiyel mesafe fonksiyonu kullanılarak nesneye atanır.

Avantajlar ve dezavantajlar

Dönen kumpas algoritması kullanılarak 3 boyutlu doluluk ızgarası ile elde edilen ölçümlerden nesnelerin geometrik özellikleri verimli bir şekilde çıkarılır. Radar verilerinin lidar ölçümleriyle birleştirilmesi, sensör konumu için engelin hızı ve konumu gibi dinamik özellikleri hakkında bilgi verir ve bu da aracın veya sürücünün güvenliği sağlamak için gerçekleştirilecek eyleme karar vermesine yardımcı olur. Tek endişe, bu veri işleme tekniğini uygulamak için hesaplama gerekliliğidir. Gerçek zamanlı olarak uygulanabilir ve 3 boyutlu doluluk ızgarası boyutu önemli ölçüde kısıtlanırsa verimli olduğu kanıtlanmıştır. Ancak bu, 3 boyutlu ızgara gösterimi için uzamsal verileri daha etkin bir şekilde manipüle eden özel uzamsal veri yapıları kullanılarak daha da geniş bir aralığa geliştirilebilir.

Çoklu nesne algılama ve izleme için 3 boyutlu lidar ve renkli kameranın birleşimi

Bu yöntemde Soonmin Hwang ve diğerleri tarafından önerilen çerçeve dört adıma ayrılmıştır. İlk olarak kameradan ve 3 boyutlu lidardan gelen veriler sisteme girilir. Hem lidardan hem de kameradan gelen girdiler paralel olarak elde edilir ve kameradan gelen renkli görüntü lidar ile kalibre edilir. Verimliliği artırmak için ön işleme olarak yatay 3 boyutlu nokta örnekleme uygulanır. İkinci olarak, segmentasyon aşaması, tüm 3 boyutlu noktaların sensörden uzaklık başına birkaç gruba ayrıldığı ve yakın düzlemden uzak düzleme yerel düzlemlerin sıralı olarak tahmin edildiği yerdir. Yerel düzlemler istatistiksel analiz kullanılarak tahmin edilir. Sensöre daha yakın olan noktalar grubu, ilk düzlemi hesaplamak için kullanılır. Geçerli yerel düzlem kullanılarak, bir sonraki yerel düzlem yinelemeli bir güncelleme ile tahmin edilir. 2 boyutlu görüntüdeki nesne önerileri, ön plandaki nesneleri arka plandan ayırmak için kullanılır. Daha hızlı ve doğru algılama ve izleme için 300 fps'de Nesnelik Tahmini için Binarized Normed Gradients (BING) kullanılır. BING, bir görüntü penceresinin nesnelliğini tahmin etmek için özellik çıkarma ve test sürecini hızlandıran normlu gradyan ve onun ikili versiyonunun bir kombinasyonudur. Bu şekilde ön plan ve arka plan nesneleri ayrılır. BING kullanarak bir görüntünün nesneliğini tahmin ettikten sonra nesneler oluşturmak için 3 boyutlu noktalar gruplandırılır veya kümelenir. Kümeleme, daha az parametrik özelliği nedeniyle sağlam olabilen DBSCAN (Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise) algoritması kullanılarak yapılır. Kümelenmiş 3 boyutlu noktaları, yani 3 boyutlu segmenti kullanarak, 2 boyutlu görüntü üzerinde 3 boyutlu noktaların yansıtılmasıyla daha doğru ilgi alanları (RoI'ler) oluşturulur. Üçüncü adım, genel olarak iki bölüme ayrılan algılamadır. Birincisi, Fast R-CNN kullanılarak elde edilen 2 boyutlu görüntüde nesne tespitidir, çünkü bu yöntem eğitim gerektirmez ve aynı zamanda bir görüntüyü ve çeşitli ilgi alanlarını da dikkate alır. İkincisi, spin görüntü yöntemi kullanılarak yapılan 3 boyutlu uzayda nesne tespitidir. Bu yöntem, belirli bir nesneyi temsil etmek için yerel ve genel histogramları çıkarır. 2 boyutlu görüntü ve 3 boyutlu uzay nesnesi algılama sonuçlarını birleştirmek için aynı 3 boyutlu bölge dikkate alınır ve söz konusu bölgeye 2 boyutlu görüntü ve 3 boyutlu uzaydan iki bağımsız sınıflandırıcı uygulanır. Her iki dedektörden de tek bir güven puanı almak için puan kalibrasyonu yapılır. Bu tek puan olasılık şeklinde elde edilir. Son adım izlemedir. Bu, hareket eden nesneleri şimdiki ve geçmiş çerçevede ilişkilendirerek yapılır. Nesne takibi için segment eşleştirmesi benimsenmiştir. Ortalama, standart sapma, nicelenmiş renk histogramları, hacim boyutu ve bir segmentin 3 boyutlu noktalarının sayısı gibi özellikler hesaplanır. Öklid mesafesi, segmentler arasındaki farkları ölçmek için kullanılır. Bir cismin görünüşünü ve kayboluşunu yargılamak için, iki farklı çerçeveden benzer parçalar (Öklid mesafesine göre elde edilir) alınır ve fiziksel uzaklık ve farklılık puanları hesaplanır. Puanlar, bir önceki çerçevedeki her segment için bir aralığın ötesine geçerse, izlenen nesnenin kaybolduğu kabul edilir.

Avantajlar ve dezavantajlar

Bu yöntemin avantajları, 2 boyutlu görüntü ve 3 boyutlu verileri bir arada kullanmak, F l-skoru (testin doğruluğunun bir ölçüsünü verir), ortalama kesinlik (AP), lidar'dan yalnızca 3 boyutlu veriler olduğunda olduğundan daha yüksektir. Kullanılmış. Bu puanlar, çerçeveyi yargılayan geleneksel ölçümlerdir. Bu yöntemin dezavantajı, BING'in küçük bir nesne sınırlama kutusu kümesi öngördüğü için nesne teklifi tahmini için BING'nin kullanılmasıdır.

Lidar kullanarak engel algılama ve yol çevre tanıma

Kun Zhou ve diğerleri tarafından önerilen bu yöntem. yalnızca nesne algılama ve izlemeye odaklanmakla kalmaz, aynı zamanda şerit işaretleme ve yol özelliklerini de tanır. Daha önce bahsedildiği gibi, lidar sistemleri, lazer ışınını altı ışına bölen dönen altıgen aynalar kullanır. Üstteki üç katman, araçlar ve yol kenarındaki nesneler gibi öndeki nesneleri algılamak için kullanılır. Sensör hava koşullarına dayanıklı malzemeden yapılmıştır. Lidar tarafından tespit edilen veriler birkaç segmente kümelenir ve Kalman filtresi ile takip edilir . Burada veri kümeleme, araç, tabela vb. gibi farklı nesneleri ayırt eden nesne modeline dayalı olarak her segmentin özelliklerine göre yapılır. Bu özellikler nesnenin boyutlarını vb. içerir. Araçların arka kenarlarındaki reflektörler, Araçları diğer nesnelerden ayırt eder. Nesne takibi, izlemenin kararlılığı ve nesnelerin hızlandırılmış hareketi dikkate alınarak 2 aşamalı bir Kalman filtresi kullanılarak yapılır. Lidar yansıma yoğunluğu verileri, tıkanıklıklarla başa çıkmak için sağlam regresyondan yararlanarak kaldırım tespiti için de kullanılır. Yol işaretlemesi, pürüzlü ve parlak yüzeyler ayırt edilerek değiştirilmiş bir Otsu yöntemi kullanılarak tespit edilir.

Avantajlar

Şerit sınırını gösteren yol kenarı reflektörleri bazen çeşitli nedenlerle gizlenir. Bu nedenle, yol sınırını tanımak için başka bilgilere ihtiyaç vardır. Bu yöntemde kullanılan lidar, nesneden yansımayı ölçebilir. Dolayısıyla, bu veri ile yol sınırı da tanınabilir. Ayrıca, hava koşullarına dayanıklı kafalı sensör kullanımı, kötü hava koşullarında bile nesnelerin algılanmasına yardımcı olur. Sel öncesi ve sonrası Kanopi Yükseklik Modeli buna iyi bir örnektir. Lidar, yol sınırının yanı sıra yüksek detaylı kanopi yüksekliği verilerini de algılayabilir.

Lidar ölçümleri, engelin uzamsal yapısını belirlemeye yardımcı olur. Bu, nesneleri boyuta göre ayırt etmeye ve üzerinden geçmenin etkisini tahmin etmeye yardımcı olur.

Lidar sistemleri, virajlardaki engelleri algılamaya yardımcı olan daha iyi menzil ve geniş bir görüş alanı sağlar. Bu, daha dar bir görüş alanına sahip olan RADAR sistemlerine göre önemli bir avantajdır. Lidar ölçümünün farklı sensörlerle birleştirilmesi, lidar bağımlı sistemler algılanan nesne hakkındaki dinamik bilgileri tahmin edemediğinden, sistemi gerçek zamanlı uygulamalarda sağlam ve kullanışlı hale getirir.

Lidar'ın manipüle edilebileceği, böylece kendi kendini süren arabaların kaçamak hareketler yapması için kandırılabileceği gösterilmiştir.

Biyoloji ve koruma

Eski büyüyen ormanları (sağda) yeni bir ağaç ekimiyle (solda) karşılaştıran Lidar görüntüleme

Lidar, ormancılıkta da birçok uygulama bulmuştur . Kanopi yükseklikleri, biyokütle ölçümleri ve yaprak alanı, havadaki lidar sistemleri kullanılarak incelenebilir. Benzer şekilde, lidar, Enerji ve Demiryolları ve Ulaştırma Bakanlığı da dahil olmak üzere birçok endüstri tarafından daha hızlı bir ölçüm yöntemi olarak kullanılmaktadır. Topografik haritalar, oryantiring haritalarının üretimi gibi eğlence amaçlı kullanımlar da dahil olmak üzere, lidar'dan kolayca oluşturulabilir . Lidar ayrıca bitkilerin, mantarların ve hayvanların biyolojik çeşitliliğini tahmin etmek ve değerlendirmek için de uygulanmıştır.

Buna ek olarak, Redwoods League'i Kurtarın , Kuzey Kaliforniya sahilindeki uzun kızılağaçların haritasını çıkarmak için bir proje üstlendi. Lidar, araştırmacı bilim adamlarının yalnızca daha önce haritası çıkarılmamış ağaçların yüksekliğini ölçmesine değil, aynı zamanda sekoya ormanının biyolojik çeşitliliğini belirlemesine de olanak tanır. Kuzey Sahili lidar projesinde Lig ile birlikte çalışan Stephen Sillett , bu teknolojinin eski sekoya ağaçlarını koruma ve koruma çabalarını yönlendirmede faydalı olacağını iddia ediyor.

Jeoloji ve toprak bilimi

Havadaki ve sabit lidar tarafından oluşturulan yüksek çözünürlüklü dijital yükseklik haritaları , jeomorfolojide (Dünya yüzeyi topografyasının kökeni ve evrimi ile ilgilenen jeobilim dalı) önemli ilerlemelere yol açmıştır . Nehir terasları ve nehir kanalı kıyıları, buzul yer şekilleri gibi ince topografik özellikleri tespit etme, bitki örtüsünün altındaki arazi-yüzey yüksekliğini ölçme, rakımın mekansal türevlerini daha iyi çözme ve tekrarlanan araştırmalar arasındaki yükseklik değişikliklerini tespit etme lidar yetenekleri etkinleştirmiştir. Peyzajları şekillendiren fiziksel ve kimyasal süreçlerle ilgili birçok yeni çalışma. 2005 yılında Mont Blanc masifindeki Tour Ronde , iklim değişikliği ve yüksek irtifalarda permafrost bozulmasının neden olduğu iddia edilen büyük kaya yüzeyleri üzerinde artan şiddetli kaya düşüşlerini izlemek için lidar'ın kullanıldığı ilk yüksek alp dağı oldu.

Lidar ayrıca yapısal jeoloji ve jeofizikte, havadaki lidar ve GNSS arasında bir kombinasyon olarak, fayların tespiti ve incelenmesi, yükselmenin ölçülmesi için kullanılır . İki teknolojinin çıktısı, arazi için son derece hassas yükseklik modelleri üretebilir – ağaçların arasından zemin yüksekliğini bile ölçebilen modeller. Bu kombinasyon en ünlü olarak Amerika Birleşik Devletleri , Washington'daki Seattle Fayının yerini bulmak için kullanıldı. Bu kombinasyon aynı zamanda 2004 yükselişinden önceki ve sonraki verileri kullanarak St. Helens Dağı'ndaki yükselişi de ölçer . Havadaki lidar sistemleri buzulları izler ve küçük miktarlardaki büyüme veya azalmayı tespit etme yeteneğine sahiptir. Uydu tabanlı bir sistem olan NASA ICESat , bu amaçla bir lidar alt sistemi içerir. NASA Havadan Topografik Haritalayıcı, buzulları izlemek ve kıyı değişikliği analizi yapmak için de yaygın olarak kullanılmaktadır . Kombinasyon ayrıca toprak bilimcileri tarafından bir toprak etüdü oluşturulurken kullanılır . Ayrıntılı arazi modellemesi, toprak bilimcilerinin, toprak uzamsal ilişkilerindeki kalıpları gösteren eğim değişikliklerini ve yer biçimi kırılmalarını görmelerini sağlar.

Atmosfer

Başlangıçta, yakut lazerlere dayalı olarak, meteorolojik uygulamalar için lidar, lazerin icadından kısa bir süre sonra inşa edildi ve lazer teknolojisinin ilk uygulamalarından birini temsil ediyor. Lidar teknolojisi o zamandan beri yetenek açısından büyük ölçüde genişledi ve lidar sistemleri bulutların profilini çıkarmayı, rüzgarları ölçmeyi, aerosolleri incelemeyi ve çeşitli atmosferik bileşenleri ölçmeyi içeren bir dizi ölçümü gerçekleştirmek için kullanılıyor. Atmosferik bileşenler, yüzey basıncı (oksijen veya nitrojen emilimini ölçerek), sera gazı emisyonları (karbon dioksit ve metan), fotosentez (karbon dioksit), yangınlar (karbon monoksit) ve nem (su buharı) dahil olmak üzere faydalı bilgiler sağlayabilir. . Atmosferik lidarlar , ölçüm türüne bağlı olarak yer tabanlı, hava kaynaklı veya uydu olabilir.

Atmosferik lidar uzaktan algılama iki şekilde çalışır –

  1. atmosferden geri saçılımı ölçerek ve
  2. zeminden (lidar havadayken) veya diğer sert yüzeyden saçılan yansımayı ölçerek.

Atmosferden geri saçılma doğrudan bulutların ve aerosollerin bir ölçüsünü verir. Rüzgarlar veya sirrus buz kristalleri gibi geri saçılmadan elde edilen diğer ölçümler, dalga boyunun ve/veya tespit edilen polarizasyonun dikkatli bir şekilde seçilmesini gerektirir. Doppler lidar ve Rayleigh Doppler lidar , geri saçılan ışığın frekansını ölçerek ışın boyunca sıcaklığı ve/veya rüzgar hızını ölçmek için kullanılır. Hareket halindeki gazların Doppler genişlemesi , ortaya çıkan frekans kayması yoluyla özelliklerin belirlenmesine izin verir. Konik taramalı NASA HARLIE LIDAR gibi taramalı lidarlar, atmosferik rüzgar hızını ölçmek için kullanılmıştır. ESA rüzgar görevi ADM-Aeolus , dikey rüzgar profillerinin küresel ölçümlerini sağlamak için bir Doppler lidar sistemi ile donatılacak. 2008 Yaz Olimpiyatları'nda yat yarışmaları sırasında rüzgar alanlarını ölçmek için bir doppler lidar sistemi kullanıldı .

Doppler lidar sistemleri, rüzgar hızı, türbülans, rüzgar yönü ve rüzgar kesme verilerini elde etmek için yenilenebilir enerji sektöründe de başarıyla uygulanmaya başlamıştır. Hem darbeli hem de sürekli dalga sistemleri kullanılmaktadır. Darbeli sistemler, dikey mesafe çözünürlüğü elde etmek için sinyal zamanlamasını kullanırken, sürekli dalga sistemleri, dedektör odaklamasına dayanır.

Eolics terimi, hesaplamalı akışkanlar mekaniği simülasyonları ve Doppler lidar ölçümleri kullanılarak rüzgarın işbirlikçi ve disiplinler arası çalışmasını tanımlamak için önerilmiştir.

Havadaki bir lidarın zemin yansıması, lidar dalga boyunda (atmosferik geçirgenliğin iyi bilindiği varsayılarak) bir yüzey yansıtma ölçüsü verir, ancak zemin yansıması tipik olarak atmosferin absorpsiyon ölçümlerini yapmak için kullanılır. "Diferansiyel absorpsiyon lidar" (DIAL) ölçümleri, yüzey yansıtıcılığını ve diğer iletim kayıplarını hesaba katmak için iki veya daha fazla yakın aralıklı (<1 nm) dalga boyunu kullanır, çünkü bu faktörler dalga boyuna nispeten duyarsızdır. Belirli bir gazın uygun absorpsiyon hatlarına ayarlandığında, o belirli gazın atmosferdeki konsantrasyonunu (karıştırma oranını) belirlemek için DIAL ölçümleri kullanılabilir. Bu, tüm lidar yolu boyunca entegre absorpsiyonun bir ölçüsü olduğundan, Entegre Yol Diferansiyel Absorpsiyonu (IPDA) yaklaşımı olarak adlandırılır. IPDA lidarları darbeli veya CW olabilir ve tipik olarak iki veya daha fazla dalga boyu kullanır. IPDA lidarları, karbondioksit ve metanın uzaktan algılanması için kullanılmıştır.

Sentetik dizi lidar , dizi detektörüne ihtiyaç duymadan lidarın görüntülenmesine izin verir. Doppler hız ölçümü, ultra hızlı kare hızı (MHz) görüntüleme ve uyumlu lidarda benek azaltma için kullanılabilir. Atmosferik ve hidrosferik uygulamalar için kapsamlı bir lidar bibliyografyası Grant tarafından verilmektedir.

Scheimpflug ilkesi

Atmosferik uzaktan algılama için başka bir lidar tekniği ortaya çıktı. Scheimpflug lidar ( slidar ) olarak adlandırılan Scheimpflug ilkesine dayanmaktadır .

Scheimpflug ilkesinin anlamı, bir lazer ışını atmosfere iletildiğinde, tüm aydınlatıcı prob hacminin geri saçılan yankısının, nesne düzlemi, görüntü düzlemi ve mercek düzlemi kadar açıklığı azaltmadan aynı anda odakta olmasıdır. birbiriyle kesişir ". İletilen lazer ışınının geri saçılma yankısını çözmek için iki boyutlu bir CCD/CMOS kamera kullanılır.

Böylece geleneksel lidar teknolojileri durumunda olduğu gibi, karmaşık nanosaniye darbeli ışık kaynakları kullanmak yerine uzaktan algılama için diyot lazerler gibi sürekli dalga ışık kaynakları kullanılabilir. SLidar sistemi aynı zamanda kompakt lazer diyotları ve dizi dedektörlerine dayanan sağlam ve ucuz bir sistemdir. Işık kaynağı olarak kompakt, yüksek güçlü bir CW çok modlu 450 nm lazer diyotu kullanılarak Scheimpflug ilkesine dayalı bir sürekli dalga (CW) NO 2 DIAL sistemi geliştirilmiştir. NO2 absorpsiyon spektrumunun çevrim içi ve çevrim dışı dalga boylarındaki lazer emisyonları, lazer diyodunun enjeksiyon akımının ayarlanmasıyla gerçekleştirilir. Lidar sinyalleri, Scheimpflug ilkesini karşılayan 45° eğimli alan CCD görüntü sensörü tarafından algılanır. Yakın bir yatay yol üzerindeki menzil çözümlü NO 2 konsantrasyonları, NO 2 DIAL sistemi tarafından 0,3-3 km aralığında elde edilir ve geleneksel bir hava kirliliği izleme istasyonu tarafından ölçülenlerle iyi bir uyum gösterir. 0,3–1 km bölgesinde %95 güven seviyesinde ± 0,9 ppbv'lik bir algılama hassasiyeti, ortam NO2'sinin doğru konsantrasyon ölçümüne izin veren karanlık saatlerde 15 dakikalık ortalama ve 700 m menzil çözünürlüğü ile elde edilir . Bu çalışmada gösterilen düşük maliyetli ve sağlam DIAL sistemi, alan NO 2 uzaktan algılama uygulamaları için birçok olanak sunar.

kanun yaptırımı

Lidar hız tabancaları , polis tarafından hız sınırı uygulaması amacıyla araçların hızlarını ölçmek için kullanılmaktadır. Ek olarak, adli tıpta olay yeri incelemelerine yardımcı olmak için kullanılır. Nesne yerleşimi, kan ve daha sonra incelenmek üzere diğer önemli bilgilerin kesin ayrıntılarını kaydetmek için bir sahnenin taramaları alınır. Bu taramalar, atış durumlarında mermi yörüngesini belirlemek için de kullanılabilir.

Askeri

Birkaç askeri uygulamanın yürürlükte olduğu biliniyor ve sınıflandırılıyor ( AGM-129 ACM gizli nükleer seyir füzesinin lidar tabanlı hız ölçümü gibi ), ancak görüntüleme için kullanımlarında önemli miktarda araştırma yapılıyor. Daha yüksek çözünürlüklü sistemler, tanklar gibi hedefleri belirlemek için yeterli ayrıntıyı toplar . Lidarın askeri uygulamalarına örnek olarak Areté Associates tarafından mayınlara karşı savaş için Havadan Lazer Mayın Tespit Sistemi (ALMDS) verilebilir.

Bir NATO raporu (RTO-TR-SET-098), biyolojik savaş ajanlarının ayrımını yapmak için uzak algılama yapmak için potansiyel teknolojileri değerlendirdi. Değerlendirilen potansiyel teknolojiler, Uzun Dalga Kızılötesi (LWIR), Diferansiyel Saçılma (DISC) ve Ultraviyole Lazer Kaynaklı Floresan (UV-LIF) idi. Raporda şu sonuca varılmıştır: Yukarıda test edilen ve tartışılan lidar sistemlerinin sonuçlarına dayanarak, Görev Grubu, mesafe tespit sistemlerinin kısa vadeli (2008–2010) uygulaması için en iyi seçeneğin UV-LIF olduğunu tavsiye etmektedir , ancak, uzun vadede, stand-off Raman spektroskopisi gibi diğer tekniklerin biyolojik savaş ajanlarının tanımlanması için faydalı olduğu kanıtlanabilir.

Lazer Kaynaklı Floresan (LIF) tabanlı kısa menzilli kompakt spektrometrik lidar, stadyumlar, metrolar ve havaalanları gibi kritik kapalı, yarı kapalı ve açık mekanlarda aerosol formundaki biyo-tehditlerin varlığını ele alacaktır. Bu neredeyse gerçek zamanlı yetenek, bir biyoaerosol salınımının hızlı bir şekilde tespit edilmesini sağlayacak ve bina sakinlerini korumak ve kontaminasyonun boyutunu en aza indirmek için önlemlerin zamanında uygulanmasına olanak tanıyacaktır.

Uzun Menzilli Biyolojik Uzaklaşma Tespit Sistemi (LR-BSDS), ABD Ordusu için biyolojik bir saldırının olası en erken soğukluk uyarısını sağlamak için geliştirildi. Biyolojik ve kimyasal ajanlar içeren sentetik aerosol bulutlarını uzun mesafeden tespit etmek için helikopterle taşınan bir hava sistemidir. Algılama menzili 30 km veya daha fazla olan LR-BSDS, Haziran 1997'de sahaya sürüldü. 2005 DARPA Grand Challenge'ı kazanan otonom otomobil Stanley'de kısa menzilli tespit için Alman şirketi Sick AG tarafından üretilen beş lidar ünitesi kullanıldı. .

Bir robotik Boeing AH-6 , Haziran 2010'da, lidar kullanarak engellerden kaçınmak da dahil olmak üzere, tamamen otonom bir uçuş gerçekleştirdi.

madencilik

Cevher hacimlerinin hesaplanması için cevher çıkarma alanlarında periyodik (aylık) tarama ve ardından yüzey verilerinin önceki taramayla karşılaştırılmasıyla gerçekleştirilir.

Lidar sensörleri, Rio Tinto'nun Geleceğin Madeni'nde kullanılan Komatsu Otonom Taşıma Sistemi (AHS) gibi robotik madencilik araçlarında engel tespiti ve kaçınma için de kullanılabilir.

Fizik ve astronomi

Dünya çapında bir gözlemevleri ağı , aya yerleştirilen reflektörlere olan mesafeyi ölçmek için lidarlar kullanır, bu da ayın konumunun milimetre hassasiyetinde ölçülmesine ve genel görelilik testlerinin yapılmasına olanak tanır . Mars Yörüngeli Lazer Altimetresi olan MOLA , kızıl gezegenin olağanüstü hassas bir küresel topografik araştırmasını üretmek için Mars yörüngesindeki bir uyduda (NASA Mars Global Surveyor ) bir lidar aleti kullandı . Lazer altimetreler, Mars, Ay (Lunar Orbiter Laser Altimeter (LOLA)) Merkür (Mercury Laser Altimeter (MLA)) ve NEAR-Shoemaker Laser Telemetre (NLR)'nin küresel yükseklik modellerini üretti. Gelecekteki görevler, Jüpiter Icy Moons Explorer (JUICE) görevinin bir parçası olarak Ganymede Laser Altimeter (GALA) gibi lazer altimetre deneylerini de içerecek.

Eylül 2008'de NASA Phoenix Lander , Mars atmosferinde karı tespit etmek için lidar kullandı.

Atmosfer fiziğinde lidar, potasyum , sodyum veya moleküler nitrojen ve oksijen gibi orta ve üst atmosferin belirli bileşenlerinin yoğunluklarını ölçmek için uzaktan algılama aracı olarak kullanılır . Bu ölçümler sıcaklıkları hesaplamak için kullanılabilir. Lidar, rüzgar hızını ölçmek ve aerosol parçacıklarının dikey dağılımı hakkında bilgi sağlamak için de kullanılabilir.

İngiltere'de Abingdon, Oxfordshire yakınlarındaki JET nükleer füzyon araştırma tesisinde, plazmanın Elektron Yoğunluğu ve Sıcaklık profillerini belirlemek için lidar Thomson Saçılımı kullanılır .

kaya mekaniği

Lidar, kaya mekaniğinde, kaya kütlesi karakterizasyonu ve şev değişimi tespiti için yaygın olarak kullanılmaktadır. Kaya kütlesinden bazı önemli jeomekanik özellikler, lidar vasıtasıyla elde edilen 3 boyutlu nokta bulutlarından çıkarılabilir. Bu özelliklerden bazıları şunlardır:

  • süreksizlik yönelimi
  • Süreksizlik aralığı ve RQD
  • süreksizlik açıklığı
  • süreksizlik kalıcılığı
  • süreksizlik pürüzlülüğü
  • su sızması

Bu özelliklerden bazıları, RMR indeksi aracılığıyla kaya kütlesinin jeomekanik kalitesini değerlendirmek için kullanılmıştır. Ayrıca, süreksizliklerin yönelimleri mevcut metodolojiler kullanılarak çıkarılabildiğinden, bir kaya şevinin jeomekanik kalitesini SMR indeksi aracılığıyla değerlendirmek mümkündür. Buna ek olarak, farklı zamanlarda elde edilen bir eğimden farklı 3 boyutlu nokta bulutlarının karşılaştırılması, araştırmacıların bu zaman aralığında kaya düşmeleri veya diğer herhangi bir heyelan işlemi sonucunda olay yerinde meydana gelen değişiklikleri incelemesine olanak tanır.

THOR

THOR, Dünya'nın atmosferik koşullarını ölçmek için tasarlanmış bir lazerdir. Lazer bir bulut örtüsüne girer ve dönüş halesinin kalınlığını ölçer. Sensör, dönüş ışığını ölçmek için kullanılan 7,5 inç genişliğinde bir fiber optik açıklığa sahiptir.

robotik

Lidar teknolojisi, robotikte nesne sınıflandırmasının yanı sıra çevrenin algılanması için de kullanılmaktadır. Lidar teknolojisinin arazinin üç boyutlu yükseklik haritalarını, zemine olan yüksek hassasiyette mesafeyi ve yaklaşma hızını sağlama yeteneği, robotik ve insanlı araçların yüksek derecede hassasiyetle güvenli bir şekilde inmesini sağlayabilir. Lidar aynı zamanda robotikte eşzamanlı lokalizasyon ve haritalama için yaygın olarak kullanılmaktadır ve robot simülatörlerine iyi bir şekilde entegre edilmiştir. Daha fazla örnek için yukarıdaki Askeri bölüme bakın.

Uzay uçuşu

Lidar , yakınlık operasyonlarında ve uzay aracının istasyon muhafazasında mesafe bulma ve göreceli hızın yörünge elemanı hesaplaması için giderek daha fazla kullanılmaktadır . Lidar, uzaydan yapılan atmosferik çalışmalar için de kullanılmıştır . Bir uzay aracından ışınlanan kısa lazer ışığı darbeleri, atmosferdeki küçük parçacıkları yansıtabilir ve uzay aracı lazeriyle hizalanmış bir teleskopa geri dönebilir. Bilim adamları, lidar "yankısını" tam olarak zamanlayarak ve teleskop tarafından ne kadar lazer ışığının alındığını ölçerek, parçacıkların yerini, dağılımını ve doğasını doğru bir şekilde belirleyebilirler. Sonuç, bulut damlacıklarından endüstriyel kirleticilere kadar başka yollarla tespit edilmesi zor olan atmosferdeki bileşenleri incelemek için devrim niteliğinde yeni bir araçtır."

Lazer altimetre, Mars'ın Mars Yörünge Lazer Altimetresi (MOLA), Ay'ın Ay Yörüngesi Lazer Altimetresi (LOLA) ve Ay Altimetresi (LALT) ve Merkür Lazer Altimetresi de dahil olmak üzere gezegenlerin dijital yükseklik haritalarını yapmak için kullanılır. MLA) Merkür haritası. Ayrıca Mars arazisi üzerinde rekor kıran uçuşlarında Ingenuity helikopterinde gezinmeye yardımcı olmak için kullanılır .

ölçme

Bu TomTom haritalama minibüsü, portbagajında ​​beş lidar sensörü ile donatılmıştır

Havadaki lidar sensörler, uzaktan algılama alanındaki şirketler tarafından kullanılmaktadır. Bir DTM (Dijital Arazi Modeli) veya DEM ( Dijital Yükseklik Modeli ) oluşturmak için kullanılabilirler; Bu daha geniş alanlar için oldukça yaygın bir uygulamadır, çünkü bir uçak tek bir üstgeçitte 3-4 km genişliğinde şeritler alabilir. 50 mm'nin altında daha yüksek dikey doğruluk, daha düşük bir üstgeçit ile, gölgeliğin yanı sıra zemin yüksekliğini de verebileceği ormanlarda bile elde edilebilir. Tipik olarak, verileri WGS ( World Geodetic System ) ile bağlamak için coğrafi referanslı bir kontrol noktası üzerinden yapılandırılmış bir GNSS alıcısı gereklidir .

LiDAR, hidrografik ölçmede de kullanılmaktadır . LiDAR, suyun berraklığına bağlı olarak, 15 cm dikey doğruluk ve 2.5m yatay doğrulukla 0,9 m ila 40 m arasındaki derinlikleri ölçebilir.

Ormancılık

Orman yönetimini iyileştirmek için Lidar sistemleri de uygulanmıştır. Ölçümler, orman parsellerinde envanter çıkarmanın yanı sıra bireysel ağaç yüksekliklerini, taç genişliğini ve taç çapını hesaplamak için kullanılır. Diğer istatistiksel analizler, gölgelik hacmi, ortalama, minimum ve maksimum yükseklikler ve bitki örtüsü tahminleri gibi toplam arsa bilgilerini tahmin etmek için lidar verilerini kullanır. Havadan LiDAR, 2020'nin başlarında Avustralya'daki orman yangınlarının haritasını çıkarmak için kullanıldı. Veriler, çıplak toprağı görüntülemek ve sağlıklı ve yanmış bitki örtüsünü belirlemek için manipüle edildi.

Ulaşım

Tek bir Ouster OS1 lidar kullanılarak hareket eden bir arabadan oluşturulan bir nokta bulutu

Lidar, demiryolu endüstrisinde varlık yönetimi için varlık sağlığı raporları oluşturmak ve ulaşım departmanları tarafından yol koşullarını değerlendirmek için kullanılmıştır. CivilMaps.com alanında lider bir şirkettir. Lidar, otomobiller için uyarlanabilir hız sabitleyici (ACC) sistemlerinde kullanılmıştır. Siemens, Hella, Ouster ve Cepton gibi sistemler, araç ile önündeki herhangi bir araç arasındaki mesafeyi izlemek için tampon gibi aracın önüne monte edilmiş bir lidar cihazı kullanır. Öndeki aracın yavaşlaması veya çok yaklaşması durumunda, ACC aracı yavaşlatmak için fren uygular. Öndeki yol boş olduğunda, ACC aracın sürücü tarafından önceden ayarlanmış bir hıza hızlanmasına izin verir. Daha fazla örnek için yukarıdaki Askeri bölüme bakın. Lidar tabanlı bir cihaz olan Ceilometer , dünya çapındaki havalimanlarında, pist yaklaşma yollarındaki bulutların yüksekliğini ölçmek için kullanılmaktadır.

Rüzgar çiftliği optimizasyonu

Lidar, rüzgar hızlarını ve rüzgar türbülansını doğru bir şekilde ölçerek rüzgar çiftliklerinden gelen enerji çıkışını artırmak için kullanılabilir . Deneysel lidar sistemleri, yaklaşmakta olan yatay rüzgarları, rüzgar türbininin ardından gelen rüzgarları ölçmek ve bileşenleri korumak ve gücü artırmak için proaktif olarak kanatları ayarlamak için bir rüzgar türbininin naseline monte edilebilir veya dönen döndürücüye entegre edilebilir. Lidar ayrıca rüzgar türbininin güç eğrisini ölçerek rüzgar türbininin performansını doğrulamak için rüzgar türbini güç üretimi ile karşılaştırmak için gelen rüzgar kaynağını karakterize etmek için kullanılır. Rüzgar çiftliği optimizasyonu, uygulamalı eoliclerde bir konu olarak kabul edilebilir . Lidar'ın rüzgarla ilgili endüstrideki bir başka yönü, optimum rüzgar çiftlikleri yerleşimi için kullanılabilecek rüzgar potansiyelini değerlendirmek için Lidar tarafından taranan yüzeyler üzerinde hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanmaktır.

Solar fotovoltaik dağıtım optimizasyonu

Lidar, uygun çatı üstlerini belirleyerek ve gölgeleme kayıplarını belirleyerek şehir düzeyinde güneş fotovoltaik sistemlerini optimize etmede planlamacılara ve geliştiricilere yardımcı olmak için de kullanılabilir . Son zamanlardaki havadan lazer tarama çabaları, dikey bina cephelerine çarpan güneş ışığının miktarını tahmin etme yollarına veya bitki örtüsü ve daha geniş çevredeki arazinin etkisini göz önünde bulundurarak daha ayrıntılı gölgeleme kayıplarına odaklanmıştır.

Video oyunları

rFactor Pro , iRacing , Assetto Corsa ve Project CARS gibi yakın tarihli simülasyon yarış oyunları , Lidar anketleri yoluyla elde edilen 3 boyutlu nokta bulutlarından yeniden üretilen yarış pistlerini giderek daha fazla içeriyor ve bu da oyun içi 3 boyutlu ortamda santimetre veya milimetre hassasiyetle çoğaltılan yüzeylerle sonuçlanıyor. .

Introversion Software tarafından hazırlanan 2017 keşif oyunu Scanner Sombre , Lidar'ı temel bir oyun mekaniği olarak kullanıyor.

Build the Earth'te , Lidar , varsayılan nesildeki herhangi bir hatayı (esas olarak yükseklikle ilgili) hesaba katmak için Minecraft'ta doğru arazi işlemeleri oluşturmak için kullanılır . Araziyi Build the Earth'e dönüştürme süreci, bölgede mevcut olan veri miktarının yanı sıra dosyayı blok verisine dönüştürmek için gereken hız ile sınırlıdır.

Diğer kullanımlar

iPad Pro'da Lidar tarayıcı (4. nesil)

Radiohead'in 2007 tarihli " House of Cards " şarkısının videosunun, bir müzik videosu kaydetmek için gerçek zamanlı 3 boyutlu lazer taramanın ilk kullanımı olduğuna inanılıyordu. Yapılandırılmış ışık taraması da kullanıldığı için videodaki menzil verileri tamamen bir lidardan değildir.

2020 yılında Apple , özellikle artırılmış gerçeklik (AR) deneyimleri için geliştirilmiş, arka kamera modülüne entegre edilmiş bir lidar sensörüne sahip dördüncü nesil iPad Pro'yu tanıttı . Bu özellik daha sonra iPhone 12 Pro ve iPhone 12 Pro Max'e ve iPhone 13 Pro ve iPhone 13 Pro Max'e dahil edildi .

alternatif teknolojiler

Structure From Motion (SFM) teknolojilerindeki son gelişmeler, görsel ve IR fotoğrafçılığından elde edilen verilere dayalı olarak 3 boyutlu görüntülerin ve haritaların sunulmasına olanak tanır. Yükseklik veya 3 boyutlu veriler, haritalanmış alan üzerinde çoklu paralel geçişler kullanılarak çıkarılır ve genellikle özel olarak seçilmiş ve kalibre edilmiş bir dijital kamera olan aynı sensörden hem görsel ışık görüntüleri hem de 3 boyutlu yapı elde edilir .

Bilgisayar stereo vizyonu , yakın mesafeli uygulamalar için LiDAR'a bir alternatif olarak umut vaat etmiştir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar