Cảm biến LiDAR là các cảm biến hoạt động và phát ra bức xạ ở bước sóng đã thiết lập và nhận tín hiệu phản hồi từ chính các bức xạ đó. Quá trình xác định khoảng cách bằng LiDAR dựa trên một hoặc nhiều chùm tia laser được phát ra. Có 3 phương pháp được sử dụng để xác định khoảng cách bằng LiDAR thông qua việc phát và nhận bức xạ laser là: Sử dụng phép đo tam giác, sử dụng thời gian bay và phương pháp dịch pha. Hãy cùng tracdiabando tìm hiểu chi tiết hơn về 3 phương pháp này qua bài viết dưới đây.
Nội dung chính
Minh họa về 3 phương pháp xác định khoảng cách bằng LiDAR
| Phương pháp sử dụng phép đo tam giác | Phương pháp sử dụng thời gian bay | Phương pháp dịch pha |
 |
 |
 |
| Thiết lập tam giác laser bằng cách sử dụng độ lệch góc cố định của cảm biến ảnh và vị trí laser, có thể tính được khoảng cách tuyến tính giữa bề mặt kiểm tra và cảm biến của máy ảnh. [Georg Wiora ( Dr. Schorsch ), Nguyên lý của cảm biến laser tam giác, ngày 10 tháng 4 năm 2006] |
Nguyên lý đo laser bằng thời gian bay. [RCraig09, Các nguyên tắc thời gian bay cơ bản được áp dụng cho máy đo khoảng cách bằng laser,May 1, 2020] |
Minh họa một hệ thống đo khoảng cách bằng phương pháp đo dịch chuyển pha. |
Hãy cùng tìm hiểu chi tiết hơn về 3 phương pháp này qua nội dung dưới đây:
Xác định khoảng cách bằng LiDAR qua phương pháp sử dụng phép đo tam giác
Phương pháp này thường được sử dụng trong các hệ thống LiDAR di động cầm tay và hoạt động ở khoảng cách ngắn.
Hệ thống đo lường tam giác sử dụng để xác định khoảng cách với các cảm biến LiDAR bao gồm một máy phát tia laser và một cảm biến ảnh được đặt cố định giữa chúng theo một góc cố định. Trong đó, khoảng cách và hướng giữa máy ảnh và bộ phát tia laser là những số liệu đã được biết.
Khi tia laser được phát ra từ máy phát tia laser, chúng sẽ chạm đến một mẫu trên đối tượng mục tiêu, mẫu này chỉ được hiển thị trên cảm biến ảnh. Tùy thuộc vào khoảng cách từ máy phát tia laser đến bề mặt mục tiêu mà vị trí điểm xuất hiện trên cảm biến ảnh cũng thay đổi theo.
Sử dụng phương pháp lượng giác có thể xác định được khoảng cách giữa nguồn phát laser và đối tượng mục tiêu. Đây là cách cơ bản để xác định khoảng cách bằng LiDAR thông qua phương pháp sử dụng phép đo tam giác.
Tuy nhiên, khi sử dụng phương pháp này thường hay bị mắc lỗi liên quan trực tiếp đến khoảng cách của đối tượng được đo, làm dữ liệu thu được có phần sai số. Vì thế, xác định khoảng cách bằng LiDAR qua phương pháp sử dụng phép đo tam giác thường chỉ được sử dụng trong một phạm vi ngắn, thường là dưới 10m, với độ chính xác đạt được là 10 micromet.
Xác định khoảng cách bằng LiDAR qua phương pháp sử dụng thời gian bay
Phương pháp này thường được sử dụng để tính toán khoảng cách tầm xa, như LiDAR trong không gian, hàng không hoặc ô tô.
Phương pháp sử dụng phép đo thời gian bay (gọi tắt là ToF) để xác định khoảng cách trong LiDAR sẽ tính toán thời gian di chuyển của tia laser kể từ khi được phát ra đến khi phát hiện phần phản xạ từ mục tiêu. Để tính toán khoảng cách bằng phương pháp này, cần biết được chiết suất môi trường và tốc độ ánh sáng trong môi trường đó, qua đó có thể suy ra được quãng đường truyền đi của ánh sáng, chính là khoảng cách cần tìm.
Một trong những hạn chế lớn nhất của phương pháp sử dụng phép đo thời gian bay để xác định khoảng cách bằng LiDAR là tốc độ thu nhận của tia laser sau khi được phát đi. Các hệ thống này cận nhận tín hiệu trả về của tia laser đó trước khi phát ra tia laser khác. Đối với một số hệ thống LiDAR cao cấp, người dùng có thể tăng tỷ lệ phát laser (số điểm) nhưng có thể làm giảm độ chính xác của khoảng cách. Hệ thống LiDAR của YellowScan có thể làm được điều này.
Xác định khoảng cách bằng LiDAR qua phương pháp dịch pha
Phương pháp này thường được sử dụng trong các hệ thống LiDAR tầm trung như máy quét LiDAR trên mặt đất và trong nhà.
So với việc xác định khoảng cách bằng LiDAR qua phương pháp sử dụng phép đo thời gian bay (ToF), phương pháp dịch pha yêu cầu sử dụng tia laser liên tục. Bằng cách thiết lập tia laser phát đi theo biên độ và tần số thích hợp, ta có thể đo được độ lệch pha giữa 2 chùm tia.
Các chùm tia này được tách ra ở đầu ra của hệ thống LiDAR, chùm tia thứ nhất đi thẳng đến máy dò và chùm tia thứ hai đi thẳng đến mục tiêu và quay trở lại.
Ưu điểm của xác định khoảng cách bằng LiDAR qua phương pháp dịch pha là tốc độ thu thập dữ liệu cao hơn, độ phân giải tốt hơn, độ ồn thấp hơn và độ chính xác cao hơn so với phương pháp sử dụng phép đo thời gian bay. Tuy nhiên, chúng cũng có nhược điểm là có giới hạn và phụ thuộc vào loại thiết lập (không định kỳ hoặc định kỳ).
Nếu có bất kỳ thắc mắc nào hoặc cần tìm hiểu thêm về cách xác định khoảng cách bằng LiDAR hoặc các hệ thống thu thập dữ liệu LIDAR tiên tiến, hãy liên hệ ngay cho chúng tôi qua HOTLINE 0903 825 125 để được hỗ trợ nhanh nhất!
Nguồn tham khảo: https://www.yellowscan-lidar.com/knowledge/three-ways-to-determine-a-distance-with-lidar/
>>> Xem thêm: Lựa Chọn Thiết Bị Cho Giải Pháp UAV LiDAR, Yếu Tố Nào Cần Quan Tâm?
