라이다르

Lidar
기타 용도는 Lidar(동음이의)를 참조하십시오.
레이더에서 유래한 에피지 고분군, 국립기념물
스타파이어 광학범위에서 레이더 및 레이저 가이드 별 실험을 위해 사용되는 광학방사선 주파수 부가원(FASOR)을 나트륨 D2a 라인에 맞춰 상층 대기 중의 나트륨 원자를 들뜨게 한다.
이 레이더는 건물, 암석층 등을 스캔하여 3D 모델을 제작하는 데 사용할 수 있습니다.라이다는 레이저 빔을 넓은 범위에서 조준할 수 있다: 그것의 머리는 수평으로 회전하고, 거울은 수직으로 기울어진다.레이저 빔은 경로상의 첫 번째 물체까지의 거리를 측정하는 데 사용됩니다.
브라질 열대우림 상공의 나무 꼭대기 데이터를 수집하는 비행기
이 광경에서, 관람자는 열대 우림의 덮개로 날아가 가상의 잎사귀를 통해 날아갑니다.
이 시각화는 브라질 열대우림 상공에서 50km의 라이다 데이터를 수집하는 비행기를 보여준다.그랜드 레벨 기능의 경우 색상은 짙은 갈색에서 황갈색까지 다양합니다.식생 높이는 짙은 녹색이 지면에 가장 가깝고 연한 녹색이 가장 높은 녹색으로 표현된다.

Lidar(/laddɑr/, LIDAR 또는 LiDAR)는 레이저로 물체 또는 표면을 조준하고 반사광이 수신기로 돌아오는 시간을 측정하여 범위(가변거리)를 결정하는 방법입니다.그것은 또한 빛의 파장을 변화시킴으로써 지구 표면과 조간대 및 해안 지대 부근의 해저 영역의 디지털 3D 표현을 할 수 있다.지상,[1][2] 항공 및 모바일 애플리케이션을 갖추고 있습니다.

Lidar는 "Light Detection and Ranging"[3] 또는 "Laser Imaging, Detection, and Ranging"[4]의 약자입니다.3D 스캐닝과 레이저 [5]스캐닝의 특별한 조합인 3D 레이저 스캐닝이라고도 합니다.

Lidar는 측량, 측지학, 지리학, 지질학, 지질학, 지진학, 임업학,[6] 대기 물리학, 레이저 유도, 공기 레이저 스왓 맵핑(ALSM), 레이저 고도 측정 등의 분야에서 고해상도 지도를 만드는 데 일반적으로 사용됩니다.그것은 또한 일부 자율[7] 자동차와 화성 [8]지형을 넘어 기록적인 비행을 하는 헬리콥터 인제니티(Inguity)를 위해 통제와 항해에 사용된다.

역사와 어원

말콤 스티치의 지시로 휴즈 항공기 회사는 레이저 발명 직후인 [9][10]1961년에 최초의 라이더 시스템을 도입했다.위성 추적용으로 설계된 이 시스템은 레이저 초점 이미징과 적절한 센서 및 데이터 수집 전자 장치를 사용하여 신호가 돌아올 때까지의 시간을 측정하여 거리를 계산하는 기능을 결합했습니다.원래 "Colidar"는 "간접한 빛 검출 및 [11]범위 지정"의 약자로, "Radior"라는 용어에서 유래했으며, "Radio Detection and Rangeing"의 약자이기도 하다.모든 레이저 거리 측정기, 레이저 고도계 및 라이더 유닛은 초기 콜리더 시스템에서 파생되었습니다.콜리더 시스템을 최초로 지상용으로 적용한 것은 1963년에 생산된 "콜리더 마크 II"로 사거리는 7마일, 정확도는 15피트였다.[12][10]1963년 독립어로서 라이다를 처음 언급한 것은 라이다가 "빛"과 "레이더"의 합성어로서 유래했음을 시사한다. "결국 레이저가 먼 물체로부터 특정 파장의 매우 민감한 검출기를 제공할 수 있다.'레이더'([15][16]광선레이더)[13][14]로 달을 연구하는 데 사용되고 있다.

Lidar의 첫 번째 응용 분야는 국립대기연구센터(National Center for Motheric Research)가 구름과 [17]오염을 측정하기 위해 사용한 기상학이었다.일반 대중은 1971년 아폴로 15호 임무에서 레이저 고도계를 사용하여 달의 표면을 지도화하면서 라이더 시스템의 정확성과 유용성을 알게 되었다.영어에서는 더 이상 "radar"를 약자로 취급하지 않지만(즉, 자본화되지 않음) 1980년대부터 일부 출판물에서 "lidar"는 "LIDAR" 또는 "LiDAR"로 대문자로 표기되었다.대문자화에 대한 합의가 이루어지지 않았습니다.다양한 간행물에서는 Lidar를 "LIDAR", "LiDAR", "LIDaR" 또는 "Lidar"라고 부릅니다.USGS는 "LIDAR"와 "Lidar"를 모두 사용합니다. 경우에 따라서는 같은 [18]문서에서 사용됩니다.NYT는 직원이 작성한 [19]기사에 "Lidar"[20]를 주로 사용합니다.다만, 로이터등의 기고가 있는 뉴스 피드는 Lidar를 사용하는 경우가 있습니다.

개요

Lidar는 자외선, 가시광선 또는 근적외선을 사용하여 물체를 촬영합니다.비금속 물체, 바위, 비, 화합물, 에어로졸, 구름, 심지어 단일 [6]분자를 포함한 광범위한 물질을 대상으로 삼을 수 있습니다.좁은 레이저 빔은 매우 높은 분해능으로 물리적 특징을 매핑할 수 있습니다. 예를 들어 항공기는 30cm(12인치) 이상의 [21]분해능으로 지형을 매핑할 수 있습니다.

레이저 거리 탐사에 적용되는 비행 시간 기본 원칙
LIDAR 기기로 브라질 아마존 상공을 날다
갠지스강과 브라흐마푸트라강 유역의 디지털 고도 지도 데이터를 수집하는 위성 애니메이션

라이더의 본질적인 개념은 1930년 EH Synge에 의해 시작되었는데, 그는 [22][23]대기를 탐사하기 위해 강력한 서치라이트를 사용하는 것을 상상했다.사실, 라이다는 그 이후로 대기 연구와 기상학에서 광범위하게 사용되어 왔다.항공기와 위성에 장착된 Lidar 계측기는 측량 및 매핑을 수행합니다. 최근의 예는 미국 지질 조사 실험 고등 항공 연구 Lidar입니다.[24]NASA는 미래의 로봇과 승무원이 탑승한 [25]달 착륙선의 자율 정밀 안전 착륙을 가능하게 하는 핵심 기술로 라이다를 지목했다.

파장은 목표물에 맞게 변화합니다. 약 10마이크로미터(적외선)에서 약 250nm(UV)까지입니다.일반적으로 빛은 거울에서 찾을 수 있는 순수한 반사와는 달리 후방 산란을 통해 반사된다.다양한 유형의 산란이 다양한 라이더 용도에 사용됩니다. 가장 일반적으로 레일리 산란, 미에 산란, 라만 산란 및 [6]형광입니다.적절한 파장의 조합은 반환되는 [26]신호의 세기의 파장 의존적인 변화를 식별함으로써 대기 내용의 원격 매핑을 가능하게 한다."포토닉 레이더"라는 이름은 라이더와 [15][16]같은 가시 스펙트럼 범위 찾기를 의미하지만, 더 엄격하게는 광전자 부품을 사용한 무선 주파수 범위 찾기를 의미한다.

테크놀로지

수학 공식

Lidar는 다음 [27]공식으로 물체 또는 표면의 거리를 결정합니다.

서 cc는 의 속도, dd는 검출기와 검출되는 물체 또는 표면 사이의 거리, t는 검출되는 물체 또는 표면까지 레이저 빛이 이동한 후 검출기로 다시 이동하는 데 걸리는 시간입니다.

설계.

애니메이션을 보려면 이미지를 클릭하십시오.기본 라이더 시스템은 회전 미러(상부)에 의해 반사되는 레이저 거리 측정기를 포함한다.레이저가 디지털화되는 장면 주변에서 1차원 또는 2차원(중간)으로 스캔되어 지정된 각도 간격(하단)에서 거리 측정을 수집합니다.

두 가지 종류의 라이더 검출 방식은 "비일관성" 또는 직접 에너지 검출(주로 반사광의 진폭 변화를 측정하는 것)과 일관된 검출(도플러 이동 또는 반사광의 위상 변화에 가장 적합)이다.간섭성 시스템은 일반적으로 광학적 헤테로다인 [28]검출을 사용합니다.이는 직접 검출보다 더 민감하고 훨씬 낮은 전력으로 작동할 수 있지만 더 복잡한 트랜시버가 필요합니다.

두 유형 모두 마이크로펄스 또는 고에너지 펄스 모델을 사용합니다.마이크로펄스 시스템은 간헐적인 에너지 버스트를 이용합니다.그들은 레이저 기술의 진보와 함께 지속적으로 증가하는 컴퓨터 파워의 결과로 발전했다.일반적으로 1마이크로줄로 레이저에 소비되는 에너지가 상당히 적으며, 종종 "눈 안전"하므로 안전 예방 조치 없이 사용할 수 있습니다.고출력 시스템은 대기 중 매개변수를 측정하는 데 널리 사용된다: 구름의 높이, 층 및 밀도, 구름 입자 특성(소멸 계수, 후방 산란 계수, 탈분극), 온도, 압력, 바람, 습도 및 미량 가스 농도(오존, 메탄, 니트로)s산화물 등).[6]

구성 요소들

Lidar 시스템은 몇 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다.

레이저

600~1000 nm의 레이저는 비과학적 용도에 가장 많이 사용됩니다.레이저의 최대 출력이 제한되거나 지상에 있는 사람들의 눈을 안전하게 하기 위해 특정 고도에서 레이저를 끄는 자동 차단 시스템을 사용합니다.

일반적인 대안 중 하나인 1550 nm 레이저는 파장이 눈에 강하게 흡수되지 않기 때문에 비교적 높은 전력 레벨에서 눈에 안전하지만 검출기 기술은 덜 진보되어 있기 때문에 일반적으로 이러한 파장은 더 낮은 정확도로 더 긴 범위에서 사용된다.또한 짧은 1000 nm 적외선 레이저와 달리 1550 nm는 야간 투시 고글에서는 보이지 않기 때문에 군사 용도로도 사용됩니다.

공중 지형 매핑 라이더는 일반적으로 1064 nm 다이오드 펌핑 YAG 레이저를 사용하는 반면, 532 nm는 1064 nm보다 훨씬 적은 감쇠로 물을 투과하기 때문에 일반적으로 532 nm 주파수 더블 다이오드 펌핑 YAG 레이저를 사용합니다.레이저 설정에는 (데이터 수집 속도를 제어하는) 레이저 반복률이 포함됩니다.펄스 길이는 일반적으로 레이저 캐비티 길이, 게인 재료(YAG, YLF 등)에 필요한 패스 수 및 Q 스위치(펄싱) 속도의 속성입니다.Lidar 수신기 검출기와 전자 장치에 충분한 [6]대역폭이 있는 경우 더 짧은 펄스로 더 나은 목표 분해능을 달성할 수 있습니다.

단계별 어레이

위상배열은 개별 안테나의 현미경배열을 사용하여 어떤 방향으로도 조명할 수 있다.각 안테나의 타이밍(위상)을 제어함으로써 응집신호를 특정 방향으로 향하게 한다.

단계별 배열은 1940년대부터 레이더에 사용되어 왔다.빛에도 같은 기술을 사용할 수 있습니다.약 100만 개의 광학 안테나를 사용하여 특정 방향의 특정 크기의 방사 패턴을 볼 수 있습니다.시스템은 정확한 플래시를 타이밍에 맞춰 제어합니다.1개의 칩(또는 몇 개)으로 US$75,000의 전기기계식 시스템을 대체하여 비용을 [29]대폭 절감할 수 있습니다.

여러 회사가 상업용 솔리드 스테이트 라이더 [30]유닛을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.

제어 시스템은 렌즈의 모양을 변경하여 확대/축소 기능을 사용할 수 있습니다.특정 서브존은 1초 미만의 [29]간격을 대상으로 할 수 있습니다.

전기 기계식 라이더는 1,000시간에서 2,000시간 동안 지속됩니다.반면, 솔리드 스테이트 라이더는 10만 [29]시간 동안 작동할 수 있습니다.

마이크로 전자 기계

Micro Electrochanical Mirror(MEMS)는 완전히 솔리드 스테이트가 아닙니다.그러나 이 작은 폼 팩터는 동일한 비용상의 이점을 제공합니다.1개의 레이저가 1개의 미러로 보내져 타겟필드의 임의의 부분을 표시하도록 방향을 변경할 수 있습니다.거울은 빠른 속도로 회전한다.단, MEMS 시스템은 일반적으로 단일 평면(왼쪽에서 오른쪽으로)으로 동작합니다.두 번째 치수를 추가하려면 일반적으로 위아래로 움직이는 두 번째 거울이 필요합니다.또, 다른 레이저가 다른 각도에서 같은 미러를 타격할 수도 있다.MEMS 시스템은 충격/진동에 의해 중단될 수 있으며 반복적인 보정이 필요할 수 있습니다.목표는 작은 마이크로칩을 만들어 혁신과 기술 [29]발전을 강화하는 것입니다.

스캐너와 광학

이미지 전개 속도는 스캔 속도에 영향을 받습니다.방위각 및 표고를 스캔하는 옵션에는 이중 진동 평면 미러, 폴리곤 미러와의 조합 및 이중 축 스캐너가 있습니다.광학 선택은 검출할 수 있는 각도 분해능과 범위에 영향을 미칩니다.리턴 신호를 수집하기 위한 옵션은 홀 미러 또는 빔 스플리터입니다.

광검출기 및 리시버 전자기기

라이더에는 실리콘 아발란치 광다이오드와 같은 고체 광검출기 또는 광전자 증배기라는 두 가지 주요 광검출기 기술이 사용됩니다.수신기의 감도는 Lidar 설계에서 균형을 유지해야 하는 또 다른 파라미터입니다.

위치 및 내비게이션 시스템

비행기나 위성과 같은 모바일 플랫폼에 장착된 Lidar 센서는 센서의 절대 위치와 방향을 결정하기 위한 계측기가 필요합니다.이러한 장치에는 일반적으로 위성 측위 시스템 수신기와 관성 측정 장치(IMU)가 포함됩니다.

센서

Lidar는 자체 조명원을 공급하는 능동형 센서를 사용합니다.에너지원은 물체에 부딪히고 반사된 에너지는 센서에 의해 감지되고 측정됩니다.물체까지의 거리는 전송된 펄스와 후방 산란된 펄스 사이의 시간을 기록하고 빛의 속도를 사용하여 [31]이동한 거리를 계산함으로써 결정된다.Flash LIDAR은 카메라가 더 큰 플래시를 방출하고 반환된 에너지와 공간 관계 및 관심 영역을 감지하는 기능을 통해 3D 이미징을 가능하게 합니다.이렇게 하면 캡처된 프레임을 함께 연결할 필요가 없고 시스템이 플랫폼 동작에 민감하지 않기 때문에 보다 정확한 이미징이 가능합니다.이것에 의해,[32] 왜곡이 경감됩니다.

3D 이미징은 스캔 시스템과 비스캔 시스템을 모두 사용하여 수행할 수 있습니다.'3D 게이트 보기 레이저 레이더'는 펄스 레이저와 고속 게이트 카메라를 적용한 비스캔 레이저 측거 시스템이다.디지털 라이트 프로세싱(DLP) 기술을 이용한 가상 빔 스티어링 연구가 시작되었습니다.

또한 고속 검출기 어레이와 상보적인 금속 산화물-반도체(CMOS) 및 하이브리드 CMOS/충전 결합 장치(CCD) 제조 기법을 사용하여 일반적으로 단일 칩에 구축된 변조 민감 검출기 어레이를 사용하여 이미징 라이더를 수행할 수 있다.이러한 디바이스에서는, 각 화소가 고속으로 복조나 게이트등의 국소 처리를 실시해, 어레이를 카메라처럼 읽어낼 수 있도록 신호를 비디오 레이트로 다운 변환한다.이 기술을 사용하면 수천 개의 픽셀/채널을 동시에 [33]획득할 수 있습니다.고해상도 3-D 라이더 카메라는 전자 CCD 또는 CMOS [34]셔터로 호모다인 검출을 사용합니다.

코히런트 촬상 라이더는 합성 어레이 헤테로다인 검출을 사용하여, 촬상 [35]어레이인 것처럼 점멸하는 단일 소자 수신기를 동작시킬 수 있다.

2014년 링컨 연구소는 각각 1개의 광자를 촬영할 수 있는 16,384픽셀 이상의 새로운 이미징 칩을 발표했으며, 이를 통해 하나의 이미지로 넓은 영역을 캡처할 수 있습니다.2010년 1월 아이티 대지진 이후 4분의 1 픽셀의 초기 기술을 미군이 파견했다.포르토프랭스 상공 3,000미터(1만 피트) 상공에서 비즈니스 제트기를 한 번 통과시키면 도시의 600미터 정사각형을 30센티(12인치) 해상도로 즉각적으로 촬영할 수 있어 도시 [36]거리에 흩어져 있는 파편들의 정확한 높이를 보여줄 수 있었다.새로운 시스템은 10배 더 우수하며 훨씬 더 큰 지도를 더 빨리 제작할 수 있다.이 칩은 상대적으로 긴 파장의 적외선 스펙트럼에서 작동하는 InGaAs(Indium Galium Arsenide)를 사용해 더 높은 출력과 더 긴 범위를 가능하게 한다.자율 주행 자동차와 같은 많은 애플리케이션에서, 새로운 시스템은 칩을 겨냥하기 위한 기계 부품을 필요로 하지 않음으로써 비용을 낮출 것이다.InGaAs는 시각적 [37]파장에서 작동하는 기존 실리콘 검출기보다 위험 파장이 적다.

플래시 라이더

플래시 라이더에서는 시야 전체를 1펄스로 광폭 분산 레이저 빔으로 조명한다.이는 한 번에 한 지점을 비추는 시준 레이저 빔을 사용하고 빔을 래스터 스캔하여 시점별로 시야를 비추는 기존의 스캔 라이더와는 대조적입니다.이 조명 방법에는 다른 감지 방식도 필요합니다.주사 및 플래시 라이더에서는 비행시간 카메라를 사용하여 프레임마다 입사하는 빛의 3차원 위치와 강도에 대한 정보를 수집한다.그러나 스캔 라이더에서는 이 카메라는 포인트 센서만 포함되지만 플래시 라이더에서는 각 픽셀이 3D 위치 및 강도 정보를 수집하는 1-D 또는 2-D 센서 어레이를 포함합니다.어느 경우든 레이저 펄스의 비행시간(즉, 각 레이저 펄스가 표적에 부딪혀 센서로 돌아오는 데 걸리는 시간)을 이용해 깊이 정보를 수집하기 때문에 레이저의 펄스와 카메라에 의한 획득이 [38]동기화되어야 한다.그 결과,[29] 색이 아닌 거리 사진을 찍는 카메라가 탄생했다.플래시 라이더는 카메라나 장면, 또는 그 양쪽이 움직이는 경우에 스캔 라이더에 비해 장면 전체를 동시에 비추기 때문에 특히 유리합니다.스캔 라이더를 사용하면 레이저가 장면에 래스터될 때 시간이 경과함에 따라 모션으로 인해 "지터"가 발생할 수 있습니다.

모든 형태의 라이더와 마찬가지로, 온보드 조명원은 플래시 라이더를 활성 [39]센서로 만듭니다.반환되는 신호는 내장된 알고리즘에 의해 처리되어 [40]센서의 시야 내에 있는 물체 및 지형 형상의 거의 즉각적인 3D 렌더링을 생성합니다.레이저 펄스 반복 주파수는 고해상도 및 [38][41]정확도로 3-D 비디오를 생성하기에 충분합니다.센서의 프레임률이 높기 때문에 고정밀 원격 랜딩 [42]조작 등 실시간 시각화의 혜택을 받는 다양한 애플리케이션에 유용한 도구가 됩니다.플래시 센서를 통해 목표 지형의 3D 입면 메쉬를 즉시 되돌려 자율 우주선 착륙 [43]시나리오에서 최적의 착륙 구역을 식별할 수 있습니다.

멀리서 보는 것은 강력한 빛의 폭발을 필요로 한다.그 힘은 인간의 망막에 손상을 주지 않는 수준으로 제한된다.파장은 사람의 눈에 영향을 미쳐서는 안 된다.그러나 저비용 실리콘 상자는 안전한 스펙트럼에서 빛을 읽지 않습니다.대신, 갈륨-아세나이드 이미지 제작자가 필요한데, 이것은 비용을 [29]20만 달러까지 증가시킬 수 있다.갈륨-아세니드는 고비용, 고효율 태양 전지판을 생산하는 데 사용되는 화합물과 같은 물질이다.

분류

오리엔테이션에 근거하다

Lidar는 바닥, 천정 또는 측면으로 향할 수 있습니다.예를 들어, 라이더 고도계는 아래를 보고, 대기 중의 라이더는 위를 보고, 라이더 기반의 충돌 회피 시스템은 옆을 보고 있습니다.

스캔 메커니즘에 의거하여

라이더의 레이저 투영은 스캔 효과를 내기 위해 다양한 방법 및 메커니즘을 사용하여 조작할 수 있습니다: 360도 시야를 제공하기 위해 회전하는 표준 스핀들형, 고정된 시야를 가지지만 움직이는 부분이 없는 솔리드 스테이트 라이더, 빔을 조종하기 위해 MEMS 또는 광학 페이즈드 어레이를 사용할 수 있는 플래시 라이더.ds 신호가 [44]검출기로 되돌아오기 전에 넓은 시야에서 빛이 번쩍인다.

플랫폼 기반

Lidar 어플리케이션은 공중형과 지상형으로 [45]나눌 수 있다.두 가지 유형에는 데이터의 목적, 캡처할 영역의 크기, 원하는 측정 범위, 장비 비용 등에 따라 다양한 사양의 스캐너가 필요합니다.우주 비행 플랫폼도 가능합니다. 위성 레이저 고도 측정을 참조하십시오.

공수

항공레이더(항공레이저 스캔)는 레이저 스캐너가 비행 중 항공기에 부착되어 있을 때 풍경의 3차원 점 구름 모형을 만드는 것입니다.이것은 현재 사진 측량법을 대체하는 디지털 표고 모델을 만드는 가장 상세하고 정확한 방법입니다.사진 측량법에 비해 한 가지 큰 장점은 점 구름 모델에서 식생으로부터의 반사를 걸러내고 나무에 가려진 하천, 길, 문화재 등의 지표면을 나타내는 디지털 지형 모델을 만들 수 있다는 것이다.공중 레이더 범주 내에서는 고도와 저고도 애플리케이션의 구분이 있을 수 있지만, 주요 차이점은 고도가 높을 때 획득한 데이터의 정확도와 점 밀도의 감소이다.공기 중의 라이더는 얕은 [46]물에서 수심 측정 모델을 만드는 데 사용될 수도 있습니다.

항공 라이더의 주요 구성 요소에는 디지털 표고 모델(DEM)과 디지털 표면 모델(DSM)이 포함됩니다.포인트와 접지 포인트는 이산 포인트의 벡터이며 DEM과 DSM은 이산 포인트의 보간 래스터 그리드입니다.이 과정에는 디지털 항공 사진 캡처도 포함됩니다.예를 들어, 깊은 곳의 산사태를 해석하기 위해 식생 덮개 아래, 스카프, 텐션 균열 또는 기울어진 나무 공기 중의 라이더를 사용한다.공중 레이더 디지털 고도 모델은 숲 커버의 캐노피를 통해 볼 수 있으며, 전봇대의 [47]스칼프, 침식 및 기울기를 세부적으로 측정할 수 있습니다.

공중 레이더 데이터는 레이더 데이터 필터링 및 지형 연구 소프트웨어를 위해 TIFS([48]Toolbox for Lidar Data Filtering and Forest Studies)라는 도구 상자를 사용하여 처리됩니다.데이터는 소프트웨어를 사용하여 디지털 지형 모델에 보간됩니다.레이저는 매핑할 영역을 향하고 지면 위의 각 지점의 높이는 해당 디지털 지형 모델 표고에서 원래 z 좌표를 빼서 계산됩니다.이 지상의 높이에 근거해 건물, 전선, 날새, 곤충 등의 물체를 포함할 수 있는 비식생 데이터를 얻는다.나머지 점은 식생으로 처리되어 모델링 및 매핑에 사용됩니다.각 그림에서 Lidar 메트릭은 평균, 표준 편차, 왜도, 백분위수, 2차 평균 [48]등과 같은 통계량을 계산하여 계산됩니다.

항공용 Lidar Bathymetric 기술-고해상도 멀티빔 Lidar 지도(스펙티브 단층 및 변형된 해저 지질, 그늘진 릴리프 및 깊이별 색상 표시)

공기 중 라이다 수심 측정

공기 중 라이다 수심계 기술 시스템은 소스에서 센서로 돌아올 때까지의 신호의 비행 시간 측정을 포함합니다.데이터 수집 기법에는 해저 지도 구성 요소와 비디오 횡단 및 샘플링을 포함하는 지상 자료 구성 요소가 포함됩니다.녹색 스펙트럼(532 nm) 레이저 [49]빔을 사용하여 작동합니다.두 개의 빔이 빠르게 회전하는 거울에 투영되어 점의 배열을 만듭니다.빔 중 하나는 물을 투과하여 유리한 조건 하에서 물의 밑면을 검출합니다.

입수한 데이터는 해저에 노출된 육지 표면의 전체 범위를 보여준다.이 기술은 주요 해저 지도 제작 프로그램에서 중요한 역할을 할 것이기 때문에 매우 유용합니다.이 지도는 해저 표고뿐만 아니라 육지 지형도 산출합니다.해저 반사율 이미징은 수중 서식지의 매핑에 도움이 될 수 있는 이 시스템의 또 다른 솔루션 제품입니다.이 기술은 캘리포니아 수역의 3차원 이미지 매핑에 사용되어 왔다.[50]

멀티콥터 UAV를 사용하여 Lidar 스캔 수행

드론은 현재 레이저 스캐너뿐만 아니라 다른 원격 센서와 함께 더 작은 [51]지역을 스캔하는 더 경제적인 방법으로 사용되고 있다.또한 무인 원격 감지의 가능성은 항공기 승무원이 어려운 지형이나 외딴 지역에서 겪을 수 있는 위험을 제거한다.

전파형 LiDAR

항공 LiDAR 시스템은 전통적으로 소수의 피크 수익률만 획득할 수 있었지만, 보다 최근의 시스템은 전체 반사 [52]신호를 획득하고 디지털화했다.과학자들은 가우스 [53]분해를 사용하여 피크 리턴을 추출하기 위해 파형 신호를 분석했습니다.Zhuang et al, 2017은 지상 바이오매스 [54]추정에 이 접근법을 사용했다.방대한 양의 전파형 데이터를 처리하는 것은 어렵습니다.따라서 파형의 가우스 분해는 데이터를 줄이고 3D 포인트 클라우드 해석을 지원하는 기존 워크플로우를 지원하므로 효과적입니다.최근의 연구는 복셀화를 조사했다.파형 샘플의 명암은 복셀화된 공간(즉, 3D 그레이스케일 영상)에 삽입되어 스캔 영역의 [52]3D 표현을 구성합니다.그런 다음 복셀라이즈된 공간에서 관련 메트릭과 정보를 추출할 수 있습니다.구조 정보는 현지 지역의 3D 메트릭을 사용하여 추출할 수 있으며 호주의 [55]죽은 Eucalypty 나무를 탐지하기 위해 복셀화 접근 방식을 사용한 사례 연구가 있습니다.

지상파

라이다의 지상 응용(지상 레이저 스캔도 가능)은 지구 표면에서 발생하며 정지 상태이거나 이동할 수 있습니다.정지형 지상 스캐닝은 일반적인 지형, 모니터링, 문화재 문서 및 [45]법의학 등 조사 방법으로 가장 일반적이다.이러한 유형의 스캐너에서 획득한 3D 포인트 클라우드는 스캐너 위치에서 스캔한 영역의 디지털 이미지와 일치하여 다른 기술에 비해 비교적 짧은 시간에 사실적인 3D 모델을 만들 수 있습니다.점 구름의 각 점에는 점을 생성한 레이저 빔과 동일한 위치와 방향에서 촬영된 이미지에서 픽셀의 색상이 지정됩니다.

모바일 라이더(모바일 레이저 스캔)는 이동 중인 차량에 두 개 이상의 스캐너를 연결하여 경로를 따라 데이터를 수집하는 것입니다.이러한 스캐너는 거의 항상 GNSS 수신기 및 IMU를 포함한 다른 종류의 기기와 쌍을 이룹니다.예를 들어 전력선, 정확한 교량 높이, 경계수 등을 모두 고려해야 하는 거리를 조사하는 것이 한 예입니다.현장에서 각 측정치를 타키미터로 개별적으로 수집하는 대신 수집된 데이터의 품질에 따라 필요한 모든 측정을 수행할 수 있는 포인트 클라우드에서 3D 모델을 생성할 수 있습니다.따라서 모델을 사용할 수 있고, 신뢰성이 높고, 적절한 수준의 정확성이 있는 한 측정하지 않아도 됩니다.

지상 레이더 매핑은 점유 그리드 맵 생성 프로세스를 포함한다.이 과정에는 레이더 데이터가 각각의 그리드 셀에 들어갈 때 높이 값을 저장하는 프로세스를 사용하는 그리드로 분할된 셀 배열이 포함됩니다.다음으로 추가 처리를 위해 셀 값에 특정 임계값을 적용함으로써 바이너리 맵이 작성된다.다음 단계에서는 각 스캔에서 반경 거리와 z 좌표를 처리하여 데이터 [56]형성 프로세스로 이어지는 지정된 그리드 셀 각각에 해당하는 3-D 점을 식별합니다.

적용들

이 이동식 로봇은 지도를 만들고 장애물을 피하기 위해 라이더를 사용합니다.

아래 나열된 애플리케이션 외에도 다양한 Lidar 애플리케이션이 있으며, National Lidar 데이터 집합 프로그램에서 자주 언급됩니다.이러한 애플리케이션은 효과적인 물체 감지 범위, 즉 라이다가 물체를 정확하게 식별하고 분류하는 해상도 및 반사율 혼란(반사 신호나 밝은 [44]태양과 같은 밝은 물체가 있을 때 라이다가 사물을 얼마나 잘 볼 수 있는지)에 따라 결정됩니다.

회사들은 현재 약 1,200달러에서 12,000달러 이상으로 Lidar 센서의 비용을 낮추기 위해 노력하고 있다.가격 인하는 새로운 [57]시장에 더 매력적으로 만들 것이다.

농업

Graphic of a lidar return, featuring different crop yield rates.
Lidar는 농경지의 수확률을 분석하는 데 사용됩니다.

농업용 로봇은 종자 및 비료 살포, 감지 기술, 잡초 관리 임무를 위한 작물 정찰 등 다양한 용도로 사용되어 왔다.

Lidar는 고가의 비료를 어디에 뿌릴지 결정하는 데 도움을 줄 수 있다.들판의 지형도를 만들고 농지의 경사면과 햇빛을 밝힐 수 있다.농업과학원 연구진은 이 지형자료와 예년의 농지 수확량을 이용해 토지를 [58]수확량이 많은 지역, 중간 지역, 낮은 지역으로 구분했다.이것은 수확량을 최대화하기 위해 비료를 도포할 위치를 나타냅니다.

Lidar는 현재 벌레를 감시하는 데 사용되고 있다.Lidar를 사용하면 개별 비행 곤충의 움직임과 행동을 탐지할 수 있으며 성별과 [59]종까지 식별할 수 있습니다.2017년 미국, 유럽, 중국에서 [60]이 기술에 대한 특허 출원이 발표되었습니다.

또 다른 응용 프로그램은 과수원과 포도밭의 작물 지도 작성으로, 잎의 성장과 가지치기 또는 기타 유지보수의 필요성을 감지하고, 과일 생산의 변화를 감지하거나, 식물을 세는 것입니다.

Lidar는 관엽이 정밀 농업 장비 또는 운전자 없는 트랙터로 위성 신호를 차단하는 견과류 및 과수원과 같은 GNSS 거부 상황에서 유용합니다.라이다 센서는 행의 가장자리를 감지할 수 있어 농기구가 GNSS 신호가 다시 설정될 때까지 계속 이동할 수 있다.

식물종 분류

잡초를 방제하려면 식물 종을 식별해야 한다.이것은 3D 라이다와 기계 [61]학습을 사용하여 수행할 수 있습니다.Lidar는 범위 및 반사율 값을 가진 "점 구름"으로 플랜트 등고선을 생성합니다.이 데이터는 변환되고 이 데이터에서 피쳐가 추출됩니다.종족이 알려진 경우 피쳐가 새 데이터로 추가됩니다.이 종은 라벨로 표시되어 있으며, 그 특징은 실제 환경에서 종을 식별하기 위한 예로 초기에 저장됩니다.이 방법은 저해상도 레이더와 지도 학습을 사용하기 때문에 효율적입니다.발전소 [61]크기와는 무관한 공통 통계적 특징을 가진 계산하기 쉬운 피쳐 세트를 포함한다.

고고학

Lidar는 현장 캠페인의 계획, 숲의 덮개 아래에 있는 지형 지도 제작, [62]지상과 구별할 수 없는 넓고 연속적인 지형 개요 등 고고학에 많은 용도를 가지고 있습니다.Lidar는 고해상도 데이터 세트를 빠르고 저렴하게 생성할 수 있습니다.Lidar에서 파생된 제품은 지리정보시스템(GIS)에 쉽게 통합되어 분석과 해석을 할 수 있습니다.

Lidar는 또한 식물에 의해 가려진 마이크로 지형도를 드러낼 수 있는 고고학 사이트의 고해상도 디지털 표고 모델(DEM)을 만드는 데 도움을 줄 수 있다.반환되는 라이다 신호의 세기를 사용하여 특히 적외선 스펙트럼을 사용하여 매핑할 때 필드 등 평평한 식물 표면 아래에 묻혀 있는 특징을 검출할 수 있습니다.이러한 특징의 존재는 식물의 성장에 영향을 미쳐 [63]반사되는 적외선의 양에 영향을 미칩니다.예를 들어, 캐나다의 Fort Beauséjour – Fort Cumberland National Historit, Camberland National Histority에서 Lidar는 1755년 Fort의 포위망과 관련된 고고학적 특징을 발견했다.지상이나 항공 사진으로는 구별할 수 없는 특징은 다양한 각도에서 인공 조명으로 생성된 DEM의 언덕 음영을 겹쳐 식별했다.또 다른 예는 Arlen Chase와 그의 아내 Diane Zaino [64]Chase의 Caracol에서 일하는 것이다.2012년, 라이다르는 온두라스 정글의 라 모스키티아 지역에 있는 전설적인 도시 라 시우다드 블랑카 또는 "원숭이 신의 도시"를 찾는데 사용되었다.7일간의 지도 제작 기간 동안 인공 구조물에 [65][66]대한 증거가 발견되었다.2013년 6월, 마헨드라파르바타 시의 재발견이 발표되었다.[67]뉴잉글랜드 남부에서는 레이더가 돌담, 건물 기초, 버려진 도로, 그리고 그 지역의 울창한 숲 [68][69][70]덮개에 의해 항공 사진에 가려진 다른 풍경 특징들을 드러내기 위해 사용되었습니다.캄보디아에서는 다미안 에반스와 롤랜드 플레처가 앙코르 지형에 인위적인 변화를 나타내기 위해 라이다 데이터를 사용했다.

2012년, Lidar는 멕시코 미초아칸에 있는 앙가무코의 푸레페차 정착촌이 오늘날의 [72]맨해튼과 같은 수의 건물을 가지고 있다고 밝혔고, 2016년에는 과테말라 북부의 고대 마야 둑길을 지도화하는 데 사용되면서 고대 도시 엘 미라도르와 다른 [73][74]유적지를 연결하는 17개의 고가 도로가 발견되었다.2018년, 라이다를 사용하는 고고학자들은 마야 생물권 보호구역에서 6만 개 이상의 인공 구조물을 발견했는데, 이것은 마야 문명이 이전에 [75][76][77][78][79][80][81][82][83][84][85]생각했던 것보다 훨씬 더 컸다는 것을 보여주는 "주요 돌파구"였다.

자율 주행 차량

지붕에 5대의 Velodyne LiDAR 유닛이 장착된 Cruise Automation 자율주행차
SICK LMC Lidar 센서를 이용한 3D 레이저 시스템 예측

자율 주행 차량은 장애물 감지 및 회피에 라이더를 사용하여 [7][86]환경을 안전하게 이동할 수 있습니다.Lidar의 도입은 DARPA Grand [87]Challenge를 성공적으로 완주한 최초의 오토노마스 차량인 Stanley를 가능하게 한 중요한 사건이었다.Lidar 센서의 포인트 클라우드 출력은 로봇 소프트웨어가 환경에서 잠재적 장애물이 존재하는 위치와 이러한 잠재적 장애물과 관련하여 로봇이 어디에 있는지를 결정하는 데 필요한 데이터를 제공합니다.싱가포르 MIT연구기술동맹(SMART)이 자율형 라이더 [88]차량 기술 개발에 적극 나서고 있다.

최초의 자동차 어댑티브 크루즈 컨트롤 시스템은 라이다 센서만을 사용했습니다.

수송 시스템의 객체 검출

운송 시스템에서 차량과 승객의 안전을 보장하고 운전자의 도움을 제공하는 전자 시스템을 개발하기 위해서는 차량과 주변 환경을 이해하는 것이 중요합니다.라이더 시스템은 교통 시스템의 안전에 중요한 역할을 합니다.어댑티브 크루즈 컨트롤(ACC), 비상 브레이크 어시스트 및 ABS(안티 브레이크 시스템)와 같이 운전자 지원 및 차량 안전을 강화하는 많은 전자 시스템은 차량 환경의 감지 기능에 의존하여 자율적 또는 반자율적으로 작동합니다.Lidar 매핑과 견적을 통해 이를 달성할 수 있습니다.

기본 개요:현재의 라이더 시스템은 레이저 빔을 분할하는 회전식 육각 미러를 사용합니다.상부 3개의 빔은 전방의 차량과 장애물에 사용되며 하부 빔은 차선 표시와 도로 [89]특징을 감지하는 데 사용됩니다.라이더를 사용하는 것의 주요 장점은 공간 구조가 확보되고 이 데이터가 레이더 등의 다른 센서와 융합되어 환경에 존재하는 물체의 정적 및 동적 특성 측면에서 차량 환경을 더 잘 파악할 수 있다는 것이다.반대로 라이더의 중요한 문제는 악천후에서 점 구름 데이터를 재구성하는 것이 어렵다는 것이다.예를 들어 폭우 시에는 라이더 시스템에서 방출되는 광 펄스가 빗방울에 부분적으로 반사되어 데이터에 소음을 더하는 '에코'[90]라고 합니다.

아래에는 차량 환경 조건을 감지하기 위해 센서 퓨전을 통해 다른 센서의 데이터와 함께 라이다 데이터를 처리하고 사용하는 다양한 접근 방식이 나와 있습니다.

Lidar를 이용한 장애물 감지 및 도로 환경 인식

Kun Zhou [91]등이 제안한 이 방법은 물체 감지와 추적에 초점을 맞출 뿐만 아니라 차선 표시와 도로 특징도 인식한다.앞에서 설명한 바와 같이 Lidar 시스템은 레이저 빔을 6개의 빔으로 분할하는 회전식 육각형 미러를 사용합니다.위쪽 3개 레이어는 차량 및 노변 객체 등의 전방 객체를 감지하는 데 사용됩니다.센서는 내후성 소재로 제작되었습니다.Lidar에 의해 검출된 데이터는 여러 세그먼트로 집적되고 Kalman 필터에 의해 추적됩니다.여기서 데이터 클러스터링은 차량, 간판 등 서로 다른 객체를 구분하는 객체 모델을 기반으로 각 세그먼트의 특성에 따라 이루어집니다.이러한 특성에는 물체의 치수 등이 포함됩니다.차량 뒤쪽 가장자리에 있는 리플렉터는 차량을 다른 물체와 구별하는 데 사용됩니다.추적의 안정성을 고려한 2단 Kalman 필터를 사용하여 물체 트래킹을 실시하고, 또한 Lidar 반사[89] 강도 데이터를 견고한 회귀를 이용하여 폐색에 대처함으로써 연석 검출에 이용한다.노면 표시는 거친 표면과 빛나는 [92]표면을 구분하여 변형된 오츠 방법을 사용하여 감지됩니다.

이점

차선 경계를 나타내는 가로 리플렉터가 여러 가지 이유로 가려지는 경우가 있습니다.따라서 도로 경계를 인식하려면 다른 정보가 필요합니다.이 방법에 사용되는 Lidar는 물체의 반사율을 측정할 수 있습니다.따라서 이 데이터 도로 경계도 인식할 수 있습니다.또한, 기상 강진 헤드가 달린 센서를 사용하면 악천후에서도 물체를 감지하는 데 도움이 됩니다.홍수 전후의 캐노피 높이 모델이 좋은 예입니다.Lidar는 도로 경계뿐만 아니라 높은 상세 캐노피 높이 데이터를 탐지할 수 있습니다.

Lidar 측정은 장애물의 공간 구조를 식별하는 데 도움이 됩니다.이것은 크기에 따라 물체를 구별하고 [93]그 위를 주행할 때의 영향을 추정하는 데 도움이 됩니다.

Lidar 시스템은 커브길에서 장애물을 감지하는 데 도움이 되는 더 나은 범위와 넓은 시야를 제공합니다.이는 시야가 좁은 RADAR 시스템에 비해 큰 장점 중 하나입니다.레이더에 의존하는 시스템은 감지된 [93]물체에 대한 동적 정보를 추정할 수 없기 때문에 서로 다른 센서와의 결합으로 시스템이 강력하고 실시간 애플리케이션에서 유용합니다.

라이더를 조작해 자율주행차에 속아 회피 조치를 [94]취할 수 있는 것으로 나타났다.

생물과 보존

오래된 숲(오른쪽)과 새로운 나무 재배지(왼쪽)를 비교한 Lidar 이미지

Lidar는 또한 임업 분야에서도 많은 응용 분야를 찾아냈다.캐노피 높이, 바이오매스 측정 및 잎 면적은 모두 공기 중 라이더 시스템을 사용하여 연구할 수 있습니다.마찬가지로, Lidar는 에너지 및 철도, 교통부 등 많은 산업에서도 보다 빠른 측량 방법으로 사용됩니다.지형 지도는 방향 지도 [95]제작과 같은 레크리에이션 용도로도 포함하여 레이더에서 쉽게 생성할 수 있습니다.Lidar는 또한 식물, 곰팡이, [96][97][98]동물의 생물다양성을 추정하고 평가하는 데 적용되었다.

게다가, Save the Redwoods League는 북부 캘리포니아 해안의 키 큰 레드우드 지도 제작 프로젝트를 수행했습니다.Lidar는 과학자들이 이전에 지도화되지 않은 나무들의 높이를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 삼나무 숲의 생물 다양성을 측정할 수 있게 해준다.North Coast Lidar 프로젝트에서 League와 함께 일하고 있는 Stephen Sillett는 이 기술이 고대 삼나무의 [99][full citation needed]보존과 보호를 위한 미래의 노력을 이끄는 데 유용할 것이라고 주장한다.

지질학 및 토양학

공중 및 정지 라이더에 의해 생성된 고해상도 디지털 표고 지도는 지형학(지구 표면 지형의 기원과 진화와 관련된 지구과학 분야)의 상당한 발전을 이끌었다.그 광선 레이더 능력, 더 높이의 공간 파생 상품을 해소하고 조사들을 사이에 높이 변화를 알아내는 강 다랭이 논밭 물골 은행, 빙하 landforms,[100]는 캐노피 아래에 있는 land-surface 높이를 측정하기 위해 같은 미묘한 지형을 탐사하는 physi의 많은 소설 연구 활성화해 왔다.칼경관을 [101]형성하는 화학적 작용이 있습니다.2005년 몽블랑 매시프의 투르 론데는 기후 변화와 높은 [102]고도에서 영구 동토층 열화로 인한 것으로 알려진 큰 암반 표면에서의 심각한 낙석 발생을 감시하기 위해 라이다를 사용한 최초의 고산 산이 되었다.

Lidar는 또한 구조 지질학과 지구 물리학에서 단층의 검출과 연구를 위한 GNSS와 단층 [103]측정의 조합으로 사용된다.두 기술의 출력을 통해 지형에 대한 매우 정확한 표고 모델을 생성할 수 있습니다. 즉, 나무를 통해 지면의 표고까지 측정할 수 있습니다.이 조합은 미국 [104]워싱턴에 있는 시애틀 단층의 위치를 찾는 데 가장 잘 사용되었습니다.이 조합은 또한 Mount St.에서 융기를 측정한다. 2004년 상승 [105]전후의 데이터를 사용하여 조정한다.공기 중의 라이더 시스템은 빙하를 감시하고 미미한 양의 성장 또는 감소를 감지할 수 있는 능력을 가지고 있다.위성 기반 시스템인 NASA ICESat에는 이러한 목적을 위한 라이더 하위 시스템이 포함되어 있습니다.NASA 항공 지형 지도는[106] 빙하를 감시하고 해안 변화 분석을 수행하기 위해 광범위하게 사용된다.이 조합은 토양 과학자들에 의해서도 토양 조사를 만들 때 사용된다.상세한 지형 모델링은 토양 과학자들이 토양 공간 관계의 패턴을 나타내는 경사 변화와 지형 파괴를 볼 수 있게 해준다.

대기.

주요 기사:대기식 라이더

처음에는 루비 레이저를 기반으로 기상 응용용 라이더가 레이저 발명 직후 구축되었으며 레이저 기술의 첫 번째 응용 중 하나입니다.Lidar 기술은 그 이후로 기능이 크게 확장되었으며, Lidar 시스템은 구름 프로파일링, 바람 측정, 에어로졸 연구, 다양한 대기 구성 요소 정량화 등의 다양한 측정을 수행하는 데 사용됩니다.대기 구성 요소는 표면 압력(산소 또는 질소의 흡수 측정), 온실가스 배출(이산화탄소 및 메탄), 광합성(이산화탄소), 화재(일산화탄소), 습도(수증기)를 포함한 유용한 정보를 제공할 수 있다.대기 라이더는 측정 유형에 따라 지상, 공중 또는 위성 중 하나가 될 수 있습니다.

대기식 라이더 원격 감지는 두 가지 방법으로 작동합니다.

  1. 대기 중 후방 산란을 측정하여
  2. 지표면(레이더가 공중에 떠 있는 경우) 또는 기타 단단한 표면에서 산란 반사를 측정하여 측정해야 합니다.

대기 중 후방 산란으로 구름과 에어로졸이 직접 측정됩니다.바람이나 서커스 얼음 결정과 같은 후방 산란에서 파생된 기타 측정에는 검출된 파장 및/또는 편파의 신중한 선택이 필요하다.도플러 라이더 및 레일리 도플러 라이더는 후방 산란광의 주파수를 측정함으로써 빔을 따라 온도 및/또는 풍속을 측정하기 위해 사용된다.움직이는 기체의 도플러 확대에 의해 주파수 이동을 [107]통해 특성을 결정할 수 있습니다.원추형 스캐닝 NASA HARLIE LIDAR와 같은 스캐닝 레이더는 대기 [108]풍속을 측정하는 데 사용되었습니다.ESA 풍속 미션 ADM-Aeolus는 수직 바람의 [109]프로파일을 글로벌하게 측정하기 위해 도플러 라이더 시스템을 장착할 것이다.2008년 하계 올림픽에서는 요트 경기 중 풍장을 [110]측정하기 위해 도플러 라이더 시스템이 사용되었다.

도플러 라이더 시스템은 또한 풍속, 난류, 풍속, 풍속 및 풍속 데이터를 획득하기 위해 재생 에너지 분야에서 성공적으로 적용되기 시작하고 있다.펄스 및 연속파 시스템이 모두 사용되고 있습니다.펄스 시스템은 신호 타이밍을 사용하여 수직 거리 분해능을 얻는 반면 연속파 시스템은 검출기 초점에 의존한다.

eolics라는 용어는 계산 유체 역학 시뮬레이션과 도플러 라이더 [111]측정을 사용하여 바람에 대한 협업적이고 학문적인 연구를 설명하기 위해 제안되었습니다.

공기 중 라이다의 지면 반사는 라이다 파장에서의 표면 반사율 측정(대기 투과율이 잘 알려진 것으로 가정)을 제공하지만 지면 반사는 일반적으로 대기의 흡수 측정을 위해 사용된다.DIAL(Differential Absorcription Lidar) 측정은 파장에 상대적으로 민감하지 않기 때문에 표면 반사율 및 기타 전송 손실을 배제하기 위해 2개 이상의 간격이 긴 파장을 사용합니다.특정 가스의 적절한 흡수 라인에 맞춰 조정하면 DIAL 측정을 사용하여 해당 가스의 대기 중 농도(혼합비)를 결정할 수 있습니다.이는 전체 라이더 경로를 따라 통합된 흡수를 측정하는 것이므로 통합 경로 차등 흡수(IPDA) 접근법이라고 한다.IPDA 라이더는 펄스 또는 CW[114] 중 하나를[112][113] 사용할 수 있으며 일반적으로 2개 이상의 [115]파장을 사용합니다.IPDA 라이더는 이산화탄소와[112][113][114] [116]메탄의 원격 감지에 사용되어 왔다.

Synthetic Array Lidar를 사용하면 어레이 디텍터를 사용하지 않고도 이미징 Lidar가 가능합니다.도플러 속도 측정, 초고속 프레임 레이트(MHz) 이미징 및 코히런트 [35]라이더의 스펙클 감소에 사용할 수 있습니다.그랜트는 [117]대기권 및 수력권 응용을 위한 광범위한 라이더 참고문헌을 제공한다.

법 집행

참고 항목: 라이더 스피드 건

레이더 스피드 건은 속도 제한 시행을 [118]위해 경찰이 차량 속도를 측정하는 데 사용됩니다.또한 범죄 현장 조사에 도움이 되는 법의학 분야에서도 사용됩니다.장면 스캔은 나중에 검토할 수 있도록 객체 배치, 혈액 및 기타 중요한 정보의 정확한 세부 정보를 기록하기 위해 수행됩니다.이 스캔은 [119]총격의 경우 총알의 궤적을 알아내는 데도 사용될 수 있다.

군사의

군사 애플리케이션은 거의 없고 분류되어 있지만(AGM-129 ACM 스텔스 핵 순항 미사일의 레이더 기반 속도 측정과 같은) 이미징을 위해 상당한 양의 연구가 진행 중이다.고해상도 시스템은 탱크와 같은 대상을 식별하기에 충분한 세부 정보를 수집합니다.라이다의 군사적 적용의 예로는 아레테 [120]어소시에이츠의 대인지뢰전을 위한 공중 레이저 기뢰 탐지 시스템(ALMDS)이 있다.

NATO 보고서(RTO-TR-SET-098)는 생물전 에이전트 식별을 위한 대기 검출을 위한 잠재적 기술을 평가했다.평가된 잠재적 기술은 장파 적외선(LWIR), 차등 산란(DISC), 자외선 레이저 유도 형광(UV-LIF)이었다.그 보고서는:광선 레이더 시스템과 위에서 시험 결과를 토대로 과제 그룹은 교착 상태 탐지 시스템의 단기(2008–2010)응용 프로그램의 최선의 선택은 UV-LIF ,[121] 하지만 교착 상태와 같은 라만 분광 법 ident에 유용하도록 증명할 수 있는 장기적이고 다른 기술에 추천해 결론을 내렸다.ific생물전 요원의 이온화.

레이저 유도 형광(LIF)에 기초한 단거리 소형 분광 라이더는 경기장, 지하철 및 공항과 같은 중요한 실내, 반밀폐 및 실외 장소에 걸쳐 에어로졸 형태의 생물학적 위협 존재에 대처한다.이 실시간에 가까운 기능을 통해 바이오에어로졸 방출을 신속하게 검출할 수 있으며 거주자를 보호하고 [122]오염 정도를 최소화하기 위한 조치를 시기적절하게 구현할 수 있다.

장거리 생물 대치 탐지 시스템(LR-BSDS)은 미 육군이 생물학 공격에 대한 가능한 가장 빠른 대치 경고를 제공하기 위해 개발되었습니다.원거리 생화학물질을 포함한 합성 에어로졸 구름을 탐지하기 위해 헬리콥터로 운반되는 공중 시스템이다.탐지 범위가 30km 이상인 LR-BSDS는 1997년 [123]6월에 실전 배치되었다.2005년 DARPA 그랜드 챌린지 우승 자동차인 스탠리에서는 독일 Sick AG사가 생산한 5개의 라이더가 단거리 탐지에 사용되었다.

보잉 AH-6는 2010년 6월에 라이더를 [124][125]이용한 장애물 회피 등 완전 자율 비행을 실시했다.

채굴

광량 계산은 광석 제거 영역에서 주기적인(월별) 스캔을 수행한 다음 표면 데이터를 이전 [126]스캔과 비교함으로써 수행됩니다.

라이더 센서는 리우 틴토의 미래 광산에서 사용되는 코마츠 자율운반시스템(AHS)[127]과 같은 로봇 채굴 차량의 장애물 탐지 및 회피에도 사용될 수 있다.

물리와 천문학

전 세계 관측소 네트워크는 달에 설치된 반사체까지의 거리를 측정하기 위해 라이더를 사용하여 달의 위치를 밀리미터의 정밀도로 측정하고 일반 상대성 테스트를 수행할 수 있습니다.화성 궤도 레이저 고도계인 MOLA는 화성 궤도 위성(NASA Mars Global Surveyor)에 있는 라이다 기구를 사용하여 이 붉은 행성에 대한 매우 정확한 지구 지형 조사를 만들었습니다.레이저 고도계는 화성, 달 궤도 레이저 고도계(LOLA), 수성(MLA), NEAR-Shoemaker 레이저 거리 측정기(NLR)[128]의 글로벌 고도 모델을 생성했다.미래의 임무는 또한 목성 얼음 달 탐사기의 [128]임무의 일환으로 가니메데 레이저 고도계(GALA)와 같은 레이저 고도계 실험도 포함할 것이다.

2008년 9월, NASA 피닉스 랜더는 화성 [129]대기의 눈을 감지하기 위해 라이더를 사용했다.

대기 물리학에서, 라이다는 칼륨, 나트륨, 또는 분자 질소와 산소와 같은 중상층 대기의 특정 성분들의 밀도를 측정하기 위한 원격 탐지 장치로 사용됩니다.이러한 측정은 온도를 계산하는 데 사용할 수 있습니다.레이더는 풍속을 측정하고 에어로졸 [130]입자의 수직 분포에 대한 정보를 제공하는 데도 사용할 수 있습니다.

영국 옥스포드셔주 애빙던 인근의 JET 핵융합 연구 시설에서는 라이더 톰슨 산란을 사용하여 [131]플라즈마의 전자 밀도 및 온도 프로파일을 결정합니다.

암석역학

Lidar는 암석역학에서 암석질량의 특성화 및 경사변화 검출을 위해 널리 사용되어 왔다.암석질량에서 중요한 지질역학 특성은 레이더를 통해 얻은 3차원 점 구름에서 추출할 수 있다.이러한 속성 중 일부는 다음과 같습니다.

이러한 특성 중 일부는 RMR 지수를 통해 암석의 지질역학 품질을 평가하는 데 사용되었다.또한 기존의 방법론을 이용하여 불연속 방향을 추출할 수 있으므로 SMR [138]지수를 통해 암석 경사면의 지질학적 품질을 평가할 수 있다.또한 서로 다른 시간에 획득한 경사면에서 서로 다른 3D 점 구름을 비교함으로써 연구자들은 이 시간 간격 동안 낙석이나 다른 산사태 과정의 [139][140][141]결과로 현장에서 발생한 변화를 연구할 수 있다.

토르

TOR은 지구의 대기 상태를 측정하기 위해 설계된 레이저입니다.레이저는 구름[142] 커버에 들어가 리턴 헤일로 두께를 측정합니다.센서에는 7.5인치 폭의 광섬유 개구부가 있어 리턴 라이트를 측정하는 데 사용됩니다.

로보틱스

Lidar 기술은 로봇 공학에서 물체 [143]분류뿐만 아니라 환경에 대한 인식을 위해 사용되고 있습니다.지형의 입체적인 고도 지도, 지상과의 고정밀 거리, 접근 속도 등을 제공하는 라이더 기술의 능력은 로봇이나 승무원 차량을 높은 [25]정밀도로 안전하게 착륙시킬 수 있다.Lidar는 또한 로봇 공학에서 동시에 현지화와 매핑을 위해 널리 사용되며 로봇 [144]시뮬레이터에 잘 통합됩니다.자세한 예는 위의 군사 섹션을 참조하십시오.

우주 비행

레이더는 근접 작전과 우주선의 정거장 유지에서 상대 속도의 거리 측정과 궤도 요소 계산에 점점 더 많이 활용되고 있다.Lidar는 또한 우주에서 대기 연구를 위해 사용되어 왔다.우주선으로부터 발사된 레이저 빛의 짧은 펄스는 대기 중의 작은 입자들을 반사시켜 우주선 레이저와 정렬된 망원경으로 되돌려 보낼 수 있다.레이더 '에코'의 정확한 타이밍과 망원경이 받는 레이저 빛의 양을 측정함으로써 과학자들은 입자의 위치, 분포, 성질을 정확하게 판단할 수 있다.그 결과, [145][146]다른 방법으로는 검출하기 어려운 구름 방울에서 산업 오염 물질에 이르기까지 대기 중의 성분을 연구할 수 있는 혁신적인 새로운 도구가 되었습니다."

레이저 고도계는 [147]화성의 화성 궤도 레이저 고도계(MOLA) 지도, 달의 달 궤도 레이저 고도계(LOLA)[148]와 달 고도계([149]LALT) 지도, 수성의 수성 레이저 고도계(MLA) 지도 등 행성의 디지털 고도 지도를 만드는 데 사용된다.그것은 또한 [8]화성의 지형을 넘어 기록적인 비행을 할 때 헬리콥터 인제너티호의 항해를 돕는 데에도 사용된다.

측량

이 TomTom 매핑 밴은 루프 랙에 5개의 라이더 센서가 장착되어 있습니다.

공중 레이더 센서는 원격 감지 분야에서 기업에서 사용합니다.DTM(디지털 지형 모델) 또는 DEM(디지털 표고 모델)을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이는 비행기가 한 번의 저공비행으로 3~4km의 너비를 획득할 수 있기 때문에 더 큰 지역에 매우 일반적인 방법입니다.낮은 저공비행으로 50mm 이하의 높은 수직 정확도를 달성할 수 있으며, 심지어 숲에서도 캐노피의 높이와 지상 고도를 제공할 수 있다.일반적으로 데이터를 WGS(World Geodetic System)[150]와 링크하기 위해서는 GNSS 리시버가 Georetic Control Point를 통해 설정되어 있어야 합니다.

LiDAR는 또한 수로 측량에도 사용됩니다.LiDAR는 물의 선명도에 따라 수직 정확도 15cm, 수평 정확도 2.5m로 [151]0.9m에서 40m까지 깊이를 측정할 수 있다.

임업

산림 경영 [152]개선을 위해 라이더 제도도 적용되고 있다.측정은 포레스트 플롯의 인벤토리를 수집하고 개별 나무 높이, 크라운 폭 및 크라운 직경을 계산하는 데 사용됩니다.다른 통계 분석에서는 레이더 데이터를 사용하여 캐노피 부피, 평균, 최소 높이 및 최대 높이, 초목 범위 추정치와 같은 총 플롯 정보를 추정합니다.에어리얼 LiDAR는 2020년 초 호주에서 발생한 산불 지도를 만드는 데 사용되어 왔다.데이터는 맨땅을 보고 건강하고 불에 탄 [153]초목을 식별하기 위해 조작되었다.

운송

단일 Ouster OS1 Lidar를 사용하여 움직이는 차량에서 생성되는 포인트 클라우드

Lidar는 철도업계에서 자산관리를 위한 자산건전성 보고서를 생성하고 교통부서에서 도로 상황을 평가하는 데 사용되어 왔습니다.CivilMaps.com은 [154]이 분야의 선두 기업입니다.라이더는 자동차용 어댑티브 크루즈 컨트롤(ACC) 시스템에 사용되어 왔습니다.Siemens, Hella, Ouster 및 Cepton과 같은 시스템은 범퍼와 같은 차량 전면에 장착된 라이더 장치를 사용하여 차량과 전방 [155]차량 사이의 거리를 모니터링합니다.전방 차량이 속도를 줄이거나 너무 가까이 접근하면 ACC가 브레이크를 작동하여 차량 속도를 늦춥니다.전방 도로가 비어 있을 때 ACC는 운전자가 미리 설정한 속도로 차량을 가속할 수 있도록 합니다.자세한 예는 위의 군사 섹션을 참조하십시오.라이다 기반 장치인 Ceilometer는 활주로 접근 [156][citation needed]경로의 구름 높이를 측정하는 데 전 세계 공항에서 사용됩니다.

풍력 발전 최적화

Lidar는 풍속과 [157][158]난류를 정확하게 측정함으로써 풍력 발전소에서 나오는 에너지를 증가시키는 데 사용될 수 있다.풍력 터빈의 나셀에[161] 실험용 라이더 시스템을[159][160] 장착하거나 회전 스피너에[162] 통합하여 다가오는 수평 바람,[163] 풍력 [164]터빈의 여파로 인한 바람을 측정하고 구성 요소를 보호하고 출력을 높이기 위해 날개를 능동적으로 조정할 수 있다.또한 Lidar는 풍력 터빈의 동력 [166]곡선을 측정하여[165] 풍력 터빈의 성능을 검증하기 위해 풍력 터빈 생산과 비교하기 위한 입사 풍력 자원의 특성화에도 사용된다.풍력 발전 최적화는 적용된 중독자들의 주제로 여겨질 수 있다.풍력 관련 산업에서 Lidar의 또 다른 측면은 [167]바람의 잠재성을 평가하기 위해 Lidar 스캔 표면에 계산 유체 역학을 사용하는 것이다. 이는 최적의 풍력 발전 배치에 사용될 수 있다.

태양광 발전 도입 최적화

Lidar는 또한 적절한 지붕 꼭대기를 결정하고 차양 [170]손실을 결정함으로써 도시 수준에서 태양광 발전 시스템을 최적화하는 데 계획자와 개발자를 지원하는 데 사용될 수 있다.최근 공기 중의 레이저 스캐닝 작업은 수직 건물 [171]표면에 부딪히는 태양빛의 양을 추정하거나 식생과 더 넓은 [172]주변 지형의 영향을 고려하여 보다 상세한 차양 손실을 통합하는 방법에 초점을 맞추고 있다.

비디오 게임

rFactor Pro, iRacing, Assetto Corsa 및 Project CARS와 같은 최근 시뮬레이션 레이싱 게임에서는 Lidar 조사를 통해 획득한 3D 포인트 클라우드에서 재현된 레이스 트랙이 점점 더 많이 등장하여 게임 내 3D [173][174][175]환경에서 센티미터 또는 밀리미터의 정밀도로 재현됩니다.

Introversion Software의 2017년 탐험 게임 Scanner Sombre는 Lidar를 기본적인 게임 메카닉으로 사용합니다.

Build the Earth에서 Lidar는 Minecraft에서 지형의 정확한 렌더링을 만드는 데 사용되며, 기본 세대의 오류(주로 표고와 관련된)를 설명합니다.지형을 지구 구축(Build the Earth)으로 렌더링하는 프로세스는 지역에서 사용할 수 있는 데이터의 양과 파일을 블록 데이터로 변환하는 데 걸리는 속도에 따라 제한됩니다.

기타 용도

4세대 iPad Pro의 Lidar 스캐너

라디오헤드의 2007년 곡 "하우스 오브 카드"의 동영상은 뮤직 비디오를 녹화하기 위해 실시간 3D 레이저 스캔을 사용한 최초의 영상으로 여겨졌다.구조화된 빛 스캔도 [176]사용되므로 비디오의 범위 데이터는 완전히 라이더에서 가져온 것이 아닙니다.

2020년, 애플은 후면 카메라 모듈에 내장된 라이더 센서를 탑재한 4세대 iPad Pro를 선보였으며, 특히 증강현실(AR)[177] 경험을 위해 개발되었습니다.이 기능은 나중에 iPhone 12 Pro와 iPhone 12 Pro Max 및 후속 Pro 모델에 [178]포함되었습니다.

대체 테크놀로지

상세정보: 3-D 스캐너

최근 SFM(Structure From Motion) 기술이 개발됨에 따라 시각 및 IR 촬영에서 추출한 데이터를 기반으로 3D 영상과 지도를 전송할 수 있습니다.표고 또는 3D 데이터는 매핑된 영역을 통해 여러 개의 병렬 패스를 사용하여 추출되며, 종종 특수하게 선택되고 보정된 디지털 [citation needed]카메라인 동일한 센서에서 시각광 영상과 3-D 구조를 모두 생성합니다.

컴퓨터 스테레오 비전은 근거리 [179]응용 분야에서 LiDAR의 대안으로 유망함을 보여주고 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

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외부 링크

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