Сенсорная технология: 2D против 3D

RedZone Robotics, пионер применения мультисенсорного контроля (MSI) для расширенной оценки трубопроводов, имеет долгую и богатую историю робототехники и сенсорных технологий. Двумя наиболее неправильно понимаемыми концепциями являются 1) различие между технологиями LASER и LiDAR и 2) сбор и интерпретация 2D и 3D данных. Это два принципиально разных вопроса, но немногие находят время, чтобы объяснить, почему они разные и как эти технологии на самом деле работают. В сегодняшнем посте будут рассмотрены варианты сенсорных технологий и обсуждены наилучшие варианты использования и методики, связанные с каждым типом технологии.

Что такое ЛАЗЕР?

Технологии усиления света за счет имитации излучения (ЛАЗЕР) используются с 1960-х годов. ЛАЗЕР - это устройство, способное преобразовывать свет или электрическую энергию в сфокусированный высокоэнергетический луч. Лазерный свет является монохроматическим (одна частота света - т. Е. Один цвет), и хотя луч может перемещаться на большие расстояния, он расходится и становится менее точным. ЛАЗЕР - это устройство или технология, а не методология.

Что касается расширенной оценки трубопроводов, термин «лазер» часто используется как синоним «кольцевого лазера», «лазерного профилирования» или «структурированного света». По сути, лазерный луч (луч, кольцо и т. Д.) Проецируется на внутреннюю стенку поверхности трубы, а отдельная камера используется для записи изображения светового кольца.

Что такое LiDAR?

LiDAR - это методика, использующаяся более 30 лет, с использованием лазеров. Обнаружение света и определение дальности (LiDAR) - это методика дистанционного зондирования, которая измеряет расстояние до объектов путем освещения цели лазерами с последующим анализом отраженного света. Что касается MSI, LiDAR функционально аналогичен методам гидролокатора в том, что время пролета (TOF) или время распространения эхо-сигнала - это расстояние между датчиком и целью. LIDAR использует технологию LASER, но наоборот, это не так. Помимо TOF, датчики LiDAR могут быть переведены в режим Доплера (фазовые сдвиги лазера) или Гейгера (энергия лазера) для оценки дальности (расстояний).

Вы можете узнать больше о LiDAR здесь.

Какая технология / методология более точна?

Точность зависит от размера измеряемого диаметра трубы. Для кольцевых лазеров заявлены неточности, выражающиеся в процентах от измеряемого расстояния (например, +/- 0.5%), что чаще всего является функцией разрешения камеры, снимающей лазерное изображение. Датчики LiDAR имеют внутренние процессоры с заявленными неточностями, которые фиксируются на полезном расстоянии датчика (например, +/- 30 мм). По сути, кольцевые лазеры более точны на трубах малого и среднего размера, а LiDAR более точен на трубах большего размера.

Сравнение 2D и 3D лазерного контроля – В чем разница?

Как следует из названия, 2D-датчики используют одну плоскость лазеров для захвата размеров X и Y. Этого можно добиться с помощью непрерывного кольца проецируемого света или одного вращающегося лазерного луча. В любом случае кольцевые лазеры и датчики 2D LiDAR собирают данные одного и того же типа по осям X и Y. Движение датчиков по трубе облегчает сбор последовательных срезов 2D-данных, которые часто представлены в 3D-форматах. Это может ввести в заблуждение, и его не следует путать с истинным 3D-лидаром. 2D-датчики наиболее подходят для выполнения задач обнаружения и определения дальности.

Датчики 3D-LiDAR работают так же, как и их 2D-аналоги, но для сбора реальных 3D-данных по оси Z выполняются дополнительные измерения. Сбор данных по третьей оси чаще всего выполняется с помощью нескольких лазеров под разными углами или линий вертикальной проекции. Современные технологии лазерной проекции и широкополосного сканирования позволяют собирать 3D-данные с высокой точностью и высоким разрешением без слепых зон. Однако этот тип сбора данных требует затрат: денег и времени. 3D-датчики значительно дороже своих 2D-аналогов. Кроме того, традиционные 3D-сканеры LiDAR должны быть устойчивыми и устойчивыми (не двигаться) во время сбора данных, а обработка данных по своей сути более сложна. В частности, что касается расширенной оценки трубопроводов, 3D-LiDAR будет дороже, чем 2D-датчики, из-за времени, необходимого для сбора и обработки данных. 3D LiDAR лучше всего подходит для картирования и детального анализа, например, радиуса изгиба, который будет использоваться для инженерных проектов.

Что на горизонте?

За последнее десятилетие были достигнуты значительные успехи в технологиях и методологиях 3D-датчиков. От оптических технологий, которые облегчают интеграцию фотограмметрии и дополненной реальности до новых твердотельных и флеш-LiDAR, современные технологии обеспечивают более быстрое сканирование, более высокое разрешение (точность), датчики меньшего размера и более дешевые цены. Мы видим это каждый день на наших мобильных телефонах или на картах Google. Однако, как только эти наземные датчики помещаются в коррозионную среду, в которой запрещен прием GPS, например в канализацию, время и алгоритмы, необходимые для получения значимой информации, по своей сути становятся более длительными и дорогостоящими. Одновременная локализация и отображение (SLAM) нашей изношенной подземной инфраструктуры - это вычислительная проблема, которую еще предстоит решить в масштабе.

Я ожидаю, что в ближайшие годы инспекционные датчики и технологии станут более стандартизированными, более простыми в развертывании, более точными и более легкими для получения тех же результатов, что и у наших наземных коллег.