Tecnologia de sensor: 2D vs. 3D

Como pioneira na inspeção multissensor (MSI) para avaliação avançada de dutos, a RedZone Robotics tem uma longa e rica história com robótica e tecnologia de sensores. Dois dos conceitos mais mal compreendidos são 1) diferenciação entre as tecnologias LASER e LiDAR e 2) coleta e interpretação de dados 2D versus 3D. Essas são duas questões fundamentalmente diferentes, mas poucos se dão ao trabalho de explicar por que são diferentes e como essas tecnologias realmente funcionam. A postagem de hoje explorará as opções de tecnologia de sensor e discutirá o melhor caso de uso e metodologia associada a cada tipo de tecnologia.

O que é LASER?

As tecnologias de amplificação de luz por emissão simulada de radiação (LASER) existem desde 1960. Um LASER é um dispositivo capaz de converter luz ou energia elétrica em um feixe focalizado de alta energia. A luz laser é monocromática (frequência de luz única - ou seja, uma cor) e, embora o feixe possa viajar por longas distâncias, ele diverge e se torna menos preciso. LASER é um dispositivo ou tecnologia, não uma metodologia.

Com relação à avaliação avançada de dutos, o termo “laser” é frequentemente usado como sinônimo de “laser de anel”, “perfil de laser” ou inspeções de “luz estruturada”. Em essência, uma luz laser (feixe, anel, etc.) é projetada na parede interna de uma superfície de tubo e uma câmera separada é usada para registrar a imagem do anel de luz.

O que é LiDAR?

Com mais de 30 anos de uso, o LiDAR é uma metodologia que utiliza o uso de lasers. Light Detection and Ranging (LiDAR) é uma metodologia de sensoriamento remoto que mede distâncias de objetos iluminando o alvo com lasers e, em seguida, analisando a luz refletida. No que se refere ao MSI, o LiDAR é funcionalmente semelhante às técnicas de sonar em que o tempo de vôo (TOF) ou tempo de propagação do eco é a distância entre o sensor e o alvo. LIDAR utiliza tecnologia LASER, mas vice-versa, não é verdade. Além do TOF, os sensores LiDAR podem ser colocados nos modos Doppler (mudanças de fase do laser) ou Geiger (energia do laser) para estimar os intervalos (distâncias).

Você pode ler mais sobre LiDAR aqui.

Qual tecnologia / metodologia é mais precisa?

A precisão depende do tamanho do diâmetro do tubo que está sendo medido. Os lasers de anel declararam imprecisões que são uma porcentagem da distância que está sendo medida (por exemplo, +/- 0.5%), que na maioria das vezes é uma função da resolução da câmera que captura a imagem do laser. Os sensores LiDAR têm processadores internos com imprecisões declaradas que são fixadas ao longo da distância útil do sensor (por exemplo, +/- 30 mm). Em essência, os lasers em anel são mais precisos em tubos de pequeno a médio porte e o LiDAR é mais preciso em tubos maiores.

Inspeção a laser 2D vs. 3D - Qual é a diferença?

Como o nome indica, os sensores 2D usam um único plano de lasers para capturar as dimensões X e Y. Isso poderia ser realizado com um anel contínuo de luz projetada ou um único feixe de laser giratório. De qualquer forma, os lasers em anel e os sensores 2D LiDAR coletam o mesmo tipo de dados dimensionais X e Y. O movimento dos sensores por um tubo facilita a coleta de fatias sucessivas de dados 2D que são frequentemente apresentados em formatos 3D. Isso pode ser enganoso e não deve ser confundido com o verdadeiro LiDAR 3D. Os sensores 2D são mais adequados para realizar tarefas de detecção e alcance.

Os sensores 3D LiDAR funcionam como seus equivalentes 2D, mas medições adicionais são feitas ao longo do eixo Z para coletar dados 3D reais. A coleta de dados do terceiro eixo é mais frequentemente realizada com vários lasers em vários ângulos ou linhas de projeção vertical. As tecnologias modernas de projeção a laser e varredura de área ampla permitem que dados 3D de alta precisão e resolução sejam coletados sem pontos cegos. No entanto, esse tipo de coleta de dados tem um custo: dinheiro e tempo. Os sensores 3D são significativamente mais caros do que seus equivalentes 2D. Além disso, os scanners 3D LiDAR tradicionais precisam ser estáveis ​​e estáveis ​​(sem se mover) durante a aquisição de dados e o processamento de dados é inerentemente mais complicado. Especificamente, no que se refere à avaliação avançada de dutos, o 3D LiDAR será mais caro do que os sensores 2D devido ao tempo necessário para coletar e processar os dados. 3D LiDAR é mais adequado para mapeamento e análise detalhada, como raio de curvatura, para ser usado em projetos de engenharia.

O que está no horizonte?

Na última década, houve avanços significativos nas tecnologias e metodologias de sensores 3D. De tecnologias ópticas que facilitam a integração de fotogrametria e realidade aumentada a novos LiDARs de estado sólido e flash, a tecnologia moderna está possibilitando digitalização mais rápida, maior resolução (precisão), sensores menores e preços mais baratos. Vemos isso todos os dias em nossos telefones celulares ou com o Google Maps. No entanto, uma vez que esses sensores terrestres são colocados em um ambiente corrosivo sem GPS, como um esgoto, o tempo e os algoritmos necessários para produzir informações significativas são inerentemente mais longos e caros. A localização e mapeamento simultâneos (SLAM) de nossa infraestrutura enterrada deteriorada é um problema computacional que ainda não foi resolvido em escala.

Nos próximos anos, espero que os sensores e as tecnologias de inspeção se tornem mais padronizados, mais fáceis de implantar, mais precisos e mais facilmente capazes de produzir os mesmos tipos de resultados que vemos em nossas contrapartes acima do solo.