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Trois façons de déterminer la distance en utilisant LiDAR

24 novembre 2020

Le saviez-vous ?

 

Il existe trois façons différentes de déterminer les distances en utilisant LiDAR.

 

LiDAR Les capteurs sont basés sur l'utilisation d'un ou plusieurs faisceaux laser pour effectuer des mesures de distance. Ce sont des capteurs actifs, qui émettent un rayonnement à une longueur d'onde donnée et reçoivent le signal de retour. Il existe trois techniques principales pour déterminer une mesure de distance à partir de l'émission et de la réception d'un rayonnement laser : la triangulation, le temps de vol et le déphasage.

 

Systèmes de mesure de triangulation

Ils sont composés d'un émetteur laser et d'une caméra fixée entre eux par un angle constant (figure 1). La distance et l'orientation entre la caméra et l'émetteur laser sont connues. Le laser émet sur l'objet cible un motif, qui est visualisé sur l'image de la caméra. En fonction de la distance à la surface, le point apparaît à un endroit différent dans le champ de vision de la caméra. Grâce à la trigonométrie, il est alors possible de déterminer la distance entre la source laser et l'objet cible. Cette technique est principalement utilisée pour les systèmes portables (à main) LiDAR qui fonctionnent à courte distance.

Pour ce type de système, l'erreur de mesure est directement liée à la distance à l'objet mesuré. C'est pourquoi il est principalement utilisé pour une gamme limitée d'applications, souvent moins de 10 m. Il convient de noter que cette technique peut atteindre une précision de l'ordre de dix micromètres.

 

Scanners laser à triangulation | YellowScan

Figure 1 - Configuration de la triangulation laser En utilisant le décalage angulaire fixe de la caméra et les positions du laser, il est possible de dériver la distance linéaire entre la surface d'inspection et le capteur de la caméra.

Georg Wiora (Dr. Schorsch), Principe d'un capteur à triangulation laser, avril 10, 2006

Systèmes de mesure du temps de vol

La mesure du temps de vol (ToF) correspond au temps de parcours d'une impulsion laser depuis son émission jusqu'à la détection de la partie réfléchie par une cible. En connaissant l'indice de réfraction du milieu et en utilisant la vitesse de la lumière, il est alors possible de déduire la distance de parcours de la lumière (figure 2).

La vitesse d'acquisition limite les performances des systèmes laser ToF. Ces systèmes doivent d'abord recevoir le signal de retour avant d'émettre une autre impulsion laser. Mais selon les besoins, il est possible d'augmenter la cadence des tirs laser (nombre de points) mais au prix de la distance. Ils sont utilisés pour les calculs de distance à longue distance, par exemple dans l'espace, l'air ou l'automobile LiDAR. Les systèmes YellowScan LiDAR en font partie.

LiDAR mesures de distance | YellowScan

Figure 2 - Principe de mesure du temps de vol par laser

RCraig09Principes de base du temps de vol appliqués à la télémétrie laser, 1er mai 2020

Systèmes de mesure du déphasage

Par rapport aux systèmes ToF, les systèmes à déphasage nécessitent l'utilisation de lasers continus. En le modulant (en amplitude de fréquence), il est alors possible de mesurer la différence de phase entre 2 faisceaux. Les faisceaux sont séparés à la sortie du système LiDAR . L'un va directement vers le détecteur et le second va vers la cible et revient.

Ces systèmes de mesure ont généralement une vitesse d'acquisition des données plus élevée, une meilleure résolution, un bruit plus faible et une plus grande précision que les systèmes de mesure du temps de vol. La limite de ces systèmes dépend du type de modulation utilisé (apériodique ou périodique). Cette technologie se retrouve dans les systèmes à moyenne portée tels que les scanners terrestres et d'intérieur LiDAR .