LiDARを使用して距離を測る3つの方法

2020年11月24日

ご存じですか?

 

LiDARを使用して距離を測定するには、3つの方法があります。

 

LiDAR センサーは、1 つまたは複数のレーザービームを使用して距離測定を行うことを基本としています。これらのセンサーはアクティブセンサーであり、設定された波長のレーザー光を放射し、その戻り信号を受信します。レーザー光の放射と受信から距離測定を行うには、三角測量、飛行時間、位相シフトの3つの主要な技術があります。

 

三角測量システム

三角測定システムは、レーザー送信機とその間に一定の角度で固定されたカメラで構成されています(図1)。カメラとレーザー送信機の間の距離と向きは既知です。レーザーは、カメラの画像上に可視化されたパターンをターゲット物体に照射します。表面までの距離に応じて、カメラの視野内の異なる位置に点が現れます。三角法を用いて、レーザー光源と対象物の間の距離を求めることができます。この技術は主に、近距離で動作するポータブル(手持ち)システムLiDARで使用されます。

このタイプのシステムでは、測定誤差は測定対象物までの距離に直接関係します。この理由から、その主な用途は限られた範囲で、多くの場合、10m以下の測定に活用されています。

 

三角化レーザースキャナー|イエロースキャン

図1 - レーザー三角測量のセットアップ カメラとレーザー位置の固定角度オフセットを使用して、検査面とカメラのセンサー間の直線距離を導出することができます。

ゲオルク・ウィオラ (ショルシュ博士)、レーザー三角測量センサの原理、4月 10, 2006

飛行時間計測システム

飛行時間(ToF)測定は、レーザーパルスの発光からターゲットからの反射部分の検出までの移動時間に対応しています。媒体の屈折率を知り、光の速度を使用することで、光の移動距離を推論することができます(図2)。

ToFレーザシステムの性能を制限するのは、捕捉速度です。これらのシステムは、別のレーザーパルスを放出する前に、最初にリターン信号を受信する必要があります。しかし、ニーズに応じて、それはレーザーショットの速度(ポイント数)を増加させることが可能ですが、距離のコストで。宇宙、航空、自動車などの長距離距離計算に使用されています。LiDAR.YellowScanのLiDAR システムもその一つです。

LiDAR 距離測定|イエロースキャン

図2 - 飛行時間レーザ測定原理

RCraig09, レーザレンジファインディングに適用される飛行時間の基本原理, 2020年5月1日

位相シフト測定システム

位相シフト方式は、ToF方式に比べて連続レーザを使用する必要があります。周波数の振幅で)変調することで、2本のビーム間の位相差を測定することが可能になります。ビームはLiDAR システムの出口で分離されています。1本のビームは直接検出器に向かい、2本目のビームはターゲットに向かって戻ってきます。

これらの測定システムは、一般的に飛行時間測定システムに比べて、データ取得速度が速く、分解能が高く、ノイズが少なく、精度が高いことが特徴です。これらのシステムの限界は、使用される変調のタイプ(非周期的または周期的)に依存します。この技術は、地上波や屋内LiDAR スキャナーなどの中距離システムに見られる。

-Léa Moussy