Qué es LiDAR | Quanergy Solutions, Inc. | Sensores LiDAR y soluciones de percepción inteligente

¿Qué es el LiDAR?

LiDAR (Light Detection and Ranging) es una tecnología de detección por tiempo de vuelo que utiliza radiación electromagnética para medir distancias. En concreto, emite impulsos láseres de baja potencia, seguros para los ojos, en el espectro del infrarrojo cercano y mide el tiempo que tarda el láser en completar un viaje de ida y vuelta entre el sensor y un objetivo. La longitud de onda del láser, normalmente entre 905 y 1550 nanómetros, desempeña un papel crucial tanto en la seguridad como en la precisión de las mediciones. Esta longitud de onda cuidadosamente seleccionada garantiza que el láser sea seguro para los ojos y, al mismo tiempo, proporciona una gran precisión en la detección y el seguimiento de objetos.

Cuando estos pulsos láser chocan con un objeto, se reflejan en el sensor LiDAR. Calculando el tiempo que tarda cada pulso en volver, el sensor determina la distancia al objeto. Los datos agregados resultantes forman una imagen de nube de puntos en 3D, que proporciona información tanto de localización espacial como de profundidad. Esto permite a los sistemas LiDAR identificar, clasificar y seguir objetos en movimiento con un alto grado de precisión, lo que los convierte en una herramienta vital en diversas aplicaciones, desde los robots industriales hasta la seguridad física.

Aspectos básicos de las soluciones tecnológicas LiDAR de Quanergy

**La tecnología LiDAR se basa en los principios fundamentales del electromagnetismo y utiliza la luz para medir distancias con una precisión increíble. En la base de esta tecnología está el concepto de "tiempo de vuelo", que se refiere al tiempo que tarda la luz en viajar desde el sensor LiDAR, chocar con un objeto y volver al sensor. Esta medición del tiempo es crucial porque los sistemas LiDAR calculan la distancia basándose en la velocidad de la luz, una constante de aproximadamente 299.792 kilómetros por segundo (186.282 millas por segundo).

La luz emitida en los sistemas LiDAR entra dentro del espectro electromagnético, concretamente en la región del infrarrojo cercano. Mediante la pulsación de estas ondas de luz, la tecnología LiDAR puede captar información detallada sobre el entorno. La velocidad de la luz permite al sistema realizar estas mediciones con rapidez y precisión, lo que posibilita la creación de una nube de puntos 3D continua y en tiempo real de la zona escaneada.

Además de los principios del electromagnetismo, el LiDAR también se basa en la electrodinámica, el estudio de las cargas eléctricas en movimiento. Cuando los sensores LiDAR emiten luz, se basan en estos principios electrodinámicos para detectar la energía reflejada por los objetos. La capacidad del sensor para medir estos reflejos y calcular distancias es lo que hace que LiDAR sea tan eficaz en la detección y el seguimiento continuo de objetos con una capacidad de red mallada que permite unir varios sensores en diversos entornos.

Gracias a esta combinación de radiación electromagnética, velocidad de la luz y electrodinámica, la tecnología LiDAR de Quanergy proporciona un conocimiento espacial sólido y en tiempo real, lo que la convierte en una herramienta esencial para una amplia gama de aplicaciones.

¿Qué es una nube de puntos?

Las nubes de puntos son grandes conjuntos de datos compuestos por millones de puntos 3D, cada uno de los cuales representa una ubicación precisa en el espacio. Estos puntos se generan a partir de exploraciones LiDAR del entorno, capturando información detallada sobre objetos en movimiento como vehículos y personas, así como objetos fijos como edificios, árboles y otras estructuras permanentes. Los datos brutos de estas nubes de puntos pueden ser procesados por sistemas de software para crear imágenes 3D detalladas de la zona escaneada.

Creación de modelos y simulaciones de seguridad de gran precisión en espacios inteligentes

En el ámbito de la visión por ordenador en 3D, las nubes de puntos generadas por LiDAR tienen un valor incalculable para crear modelos y simulaciones de seguridad de gran precisión en espacios inteligentes. Estos modelos proporcionan una representación virtual del entorno, lo que permite una planificación, análisis y simulación detallados de los escenarios de seguridad. Al convertir las nubes de puntos en imágenes digitales tridimensionales, los sistemas de seguridad pueden visualizar la zona en tiempo real, lo que permite una mejor toma de decisiones y una supervisión más eficaz.

Detección avanzada de objetos en los sistemas de seguridad

Las nubes de puntos también desempeñan un papel crucial en la detección avanzada de objetos dentro de los sistemas de seguridad. Al analizar los puntos de datos 3D, estos sistemas pueden identificar y clasificar posibles amenazas en tiempo real, distinguiendo entre distintos tipos de objetos, como vehículos, seres humanos y otras entidades. Esta capacidad es esencial para mantener la seguridad en entornos dinámicos, donde la identificación rápida y precisa de posibles amenazas es fundamental.

Contribución a las imágenes de alta resolución

Además, las nubes de puntos contribuyen a la obtención de imágenes de alta resolución, ofreciendo una visión detallada y precisa del entorno que se vigila. Esta capacidad de generación de imágenes es especialmente valiosa en espacios de seguridad e inteligentes, donde la precisión y la claridad son primordiales para una supervisión y un análisis eficaces. Mediante el uso de nubes de puntos, los sistemas basados en LiDAR pueden crear imágenes completas de alta definición que proporcionan una comprensión clara del entorno de seguridad, ayudando en la detección, análisis y respuesta a posibles amenazas.

En resumen, las nubes de puntos son un elemento fundamental de la tecnología LiDAR, ya que permiten una visión informática 3D detallada, una detección avanzada de objetos y la obtención de imágenes de alta resolución, todo ello esencial para mejorar la seguridad y la vigilancia en los espacios inteligentes.

¿Qué es el campo de visión?

El campo de visión (FoV) se define como el ángulo, medido en grados, que puede cubrir un sensor. En el caso de los sensores LiDAR, suele expresarse en términos horizontales y verticales, indicando la extensión del área que el sensor puede escanear y supervisar. En el contexto de la exploración 3D, un campo de visión amplio es crucial para captar una imagen completa del entorno. Esto es especialmente importante en la seguridad y los espacios inteligentes, donde la capacidad de LiDAR para realizar escaneados 3D continuos permite una vigilancia exhaustiva y el seguimiento de objetos en 3D . Un campo de visión más amplio garantiza que no quede ninguna zona sin vigilar, lo que aumenta significativamente la eficacia de los sistemas de seguridad. La óptica desempeña un papel fundamental en la optimización del campo de visión de los sensores LiDAR. Los dispositivos ópticos de alta calidad se integran en los sistemas LiDAR para maximizar la capacidad del sensor de detectar y vigilar objetos en grandes áreas. Estas ópticas garantizan que el sensor LiDAR pueda cubrir espacios amplios, detectar intrusiones y supervisar la actividad en espacios inteligentes con gran precisión. Al ajustar el campo de visión mediante ópticas avanzadas, los sistemas LiDAR pueden proporcionar la cobertura y el detalle necesarios para una supervisión y vigilancia eficaces en diversas aplicaciones. Ya sea con fines de seguridad o de gestión de entornos inteligentes, el campo de visión de la tecnología LiDAR es clave para ofrecer capacidades de escaneado 3D precisas, fiables y completas.

Reflectividad LiDAR

El LiDAR funciona detectando y midiendo el retorno de la luz al receptor del sensor. La eficacia de este proceso depende en gran medida de la reflectividad del objetivo. Algunas superficies reflejan la luz mejor que otras, lo que facilita su detección y medición fiables en el alcance máximo del sensor. Por ejemplo, una superficie blanca devuelve una mayor cantidad de luz en comparación con una superficie negra, que absorbe más luz. Esta diferencia en la reflectividad significa que un objetivo blanco puede detectarse y medirse con mayor precisión a distancias más largas que un objetivo más oscuro.

Los objetos en forma de espejo plantean retos adicionales porque reflejan la luz en un haz concentrado en lugar de dispersarla en múltiples direcciones, como hacen las superficies difusas. Este reflejo concentrado puede no volver directamente al receptor del sensor LiDAR, lo que dificulta la detección y medición precisa de los objetos espejados.
Los objetivos retrorreflectantes, como las señales de tráfico y las matrículas, devuelven un alto porcentaje de luz directamente al sensor LiDAR. Estos objetivos son ideales para la detección LiDAR, ya que proporcionan retornos fuertes y fiables, incluso a grandes distancias. Sin embargo, el rendimiento en el mundo real y el alcance efectivo máximo de un sensor LiDAR pueden variar en función de la reflectividad de la superficie del objetivo que se escanea.

Factores medioambientales: Absorción electromagnética por el agua

Las condiciones ambientales también desempeñan un papel crucial en el rendimiento del LiDAR, sobre todo en entornos de seguridad exteriores. El agua, por ejemplo, puede absorber determinadas longitudes de onda de la luz, lo que afecta al funcionamiento del LiDAR en condiciones de lluvia o humedad. Cuando los sensores LiDAR emiten luz, parte de la energía puede ser absorbida por las gotas de agua en el aire, reduciendo la cantidad de luz que vuelve al sensor. Esta absorción electromagnética por el agua puede limitar el alcance efectivo de LiDAR en aplicaciones al aire libre, especialmente con lluvia intensa o niebla. Sin embargo, los sistemas LiDAR modernos están diseñados para compensar estas condiciones, lo que garantiza que puedan seguir proporcionando datos fiables incluso en condiciones meteorológicas adversas.

Condiciones de iluminación

Las condiciones de iluminación, tanto en interiores como en exteriores, también influyen en la capacidad del LiDAR para detectar y vigilar las amenazas a la seguridad. En entornos muy iluminados, el LiDAR puede seguir funcionando eficazmente porque no depende de la luz visible, sino de las longitudes de onda infrarrojas. Sin embargo, la luz solar extremadamente brillante puede introducir ruido, lo que dificulta la detección de objetivos de baja reflectividad. Por el contrario, en condiciones de poca luz o de noche, el LiDAR mantiene una gran precisión, ya que no depende de la luz ambiente para funcionar. Esto lo convierte en una potente herramienta para la vigilancia de la seguridad 24 horas al día, 7 días a la semana, en espacios inteligentes tanto interiores como exteriores.

Comprender estos factores (reflectividad, condiciones ambientales e iluminación) es esencial para optimizar el rendimiento de LiDAR en aplicaciones de seguridad y espacios inteligentes. El equipo de ventas de Quanergy está a su disposición para ayudarle a seleccionar la solución LiDAR adecuada para sus necesidades específicas, garantizando un rendimiento fiable y preciso en cualquier entorno.

Sensores LiDAR

Quanergy proporciona sensores LiDAR 3D de alto rendimiento y software de percepción inteligente que mejoran la seguridad, la eficiencia y el rendimiento, al tiempo que reducen los costes en una amplia gama de mercados y aplicaciones.

Nuestra gama patentada de sensores LiDAR Q-Track ofrece alta resolución y un campo de visión de 360 grados, generando nubes de puntos 3D de gran riqueza en tiempo real a larga distancia. Estos sensores LiDAR rentables y de alta definición son resistentes y fiables, por lo que resultan ideales para aplicaciones exigentes del mundo real que requieren el campo de visión más amplio y el mayor alcance.

Quanergy Tipos de LiDAR

LiDAR de tiempo de vuelo (ToF):

El tiempo de vuelo es el principio fundamental en el que se basan la mayoría de los sistemas LiDAR, incluidos nuestros sensores Q-Track. El LiDAR ToF mide el tiempo que tarda un pulso láser en viajar de ida y vuelta a un objeto, calculando las distancias con gran precisión. Esta tecnología es especialmente eficaz en la detección y el seguimiento de objetos en tiempo real, por lo que resulta esencial para aplicaciones de seguridad y espacio inteligente en las que son fundamentales respuestas rápidas y precisas.

LiDAR de tiempo de vuelo indirecto (iToF):

A diferencia de la ToF directa, que mide directamente el tiempo de recorrido de los impulsos luminosos, los sistemas iToF miden el desfase entre las formas de onda luminosa emitida y reflejada. Este desfase está indirectamente relacionado con el tiempo de vuelo, de ahí el nombre de "indirecto". La diferencia de fase se utiliza entonces para calcular la distancia al objeto.

Cada tipo de tecnología LiDAR ofrece ventajas únicas, adaptadas a diferentes aplicaciones.. Tanto si se trata de la alta precisión eficaz para mediciones de largo alcance de ToF para aplicaciones de seguridad y espacios inteligentes, como de la fina resolución de profundidad en alcances más cercanos para robots móviles, las soluciones LiDAR de Quanergy ofrecen la precisión y fiabilidad necesarias para satisfacer los requisitos más exigentes.

¿En qué se diferencia el LiDAR de los sistemas basados en radares y cámaras?

Los sistemas LiDAR, de radar y basados en cámaras se utilizan para detectar y vigilar objetos en movimiento, pero funcionan con principios diferentes y ofrecen distintos niveles de precisión y funcionalidad, sobre todo en aplicaciones de seguridad y espacios inteligentes.

LiDAR frente a radar:

El radar utiliza ondas de radio para determinar la velocidad, la distancia y el ángulo de los objetos en movimiento. Aunque es eficaz, la dependencia del radar de las ondas de radio limita su resolución y precisión, especialmente en entornos complejos. El LiDAR, en cambio, utiliza luz láser para crear una imagen tridimensional detallada y en tiempo real de su entorno. Esto permite al LiDAR detectar y clasificar objetos con una exactitud y precisión superiores, proporcionando una visión completa que resulta esencial para la vigilancia eficaz y la detección de amenazas en los sistemas de seguridad. A diferencia del radar, el LiDAR destaca en la detección de intrusiones o accesos no autorizados en zonas difíciles, como lugares cercanos a zonas residenciales con tráfico de personas/vehículos, lugares con estructuras metálicas, zonas restringidas como mantos/lobbies y lugares con geometrías complejas que crean puntos ciegos.

LiDAR frente a cámaras:

Las cámaras capturan imágenes 2D utilizando millones de píxeles, pero tienen limitaciones a la hora de calibrar con precisión la profundidad y la distancia. Además, las cámaras 2D tienen un alcance y un campo de visión limitados y sus imágenes no pueden crear una imagen 3D integrada, por lo que se necesitan cientos, si no miles, de cámaras para reducir el número de puntos ciegos. Las cámaras también plantean riesgos para la privacidad, ya que pueden capturar información de identificación personal (PII). El LiDAR, sin embargo, ofrece ventajas significativas sobre los sistemas basados en cámaras en aplicaciones de seguridad. Genera imágenes en 3D que no sólo cartografían el entorno, sino que también miden con precisión las distancias y el movimiento, todo ello sin capturar IIP. Esto reduce el riesgo de falsas alarmas y aumenta la fiabilidad de los sistemas de seguridad. Además, las cámaras tienen dificultades en condiciones de poca luz y climatología adversa, mientras que el LiDAR mantiene una alta precisión en la oscuridad, la lluvia, la nieve y otras condiciones difíciles.

Exactitud y precisión:

Cuando se trata de detectar amenazas para la seguridad y vigilar espacios inteligentes, el LiDAR supera tanto al radar como a las cámaras en términos de exactitud y precisión. Su capacidad para proporcionar nubes de puntos 3D detalladas y el seguimiento de objetos en tiempo real permite un nivel de conocimiento de la situación que no tienen igual otras tecnologías. Esta precisión es crucial para identificar y responder a las amenazas con rapidez y eficacia, garantizando que los sistemas de seguridad sean fiables y robustos.

En resumen, aunque los sistemas basados en radares y cámaras tienen sus usos, el LiDAR ofrece una exactitud, precisión y versatilidad superiores en aplicaciones de seguridad y espacios inteligentes, lo que lo convierte en la opción preferida para soluciones de vigilancia modernas y de alto rendimiento.

Comparación de tecnologías de detección

	LiDAR	Radar	Vídeo
Dimensiones de detección	3D	1D	2D
Gama
Campo de visión
Detección de objetos - Forma / Orientación
Detección de objetos - Movimiento estático / lateral
Resolución con alcance
Alcance Precisión
Lluvia, nieve, smog, polvo, tormenta de arena
Niebla
Luz ambiental - Oscuridad total / Luz solar brillante
Leer Signo / Color
Intensidad / Reflectividad

La tabla comparativa está sujeta a cambios sin previo aviso

¿Qué hace del LiDAR una tecnología esencial?

LiDAR sigue siendo la única tecnología de sensores que ofrece el mayor rango de precisión y la resolución angular más fina, lo que la hace indispensable para diversas aplicaciones, especialmente en seguridad, espacios inteligentes y automatización industrial. Sus capacidades únicas lo diferencian de otras tecnologías como el radar y las cámaras, lo que garantiza su posición como herramienta fundamental en los ecosistemas tecnológicos modernos.

Imágenes

En lo que respecta a las capacidades de imagen, el LiDAR supera tanto al radar como a las cámaras en términos de resolución y precisión. El radar es eficaz para detectar objetos a larga distancia, pero carece de la resolución necesaria para obtener imágenes detalladas. Las cámaras, aunque son capaces de captar imágenes de alta resolución, se limitan a vistas 2D y dependen en gran medida de las condiciones de iluminación. En cambio, el LiDAR proporciona imágenes 3D precisas que captan tanto la ubicación espacial como la profundidad de los objetos en tiempo real, incluso con poca luz o en condiciones meteorológicas adversas. Esta capacidad superior de obtención de imágenes hace que el LiDAR sea ideal para la vigilancia detallada y la supervisión medioambiental en sistemas de seguridad y espacios inteligentes, donde es crucial comprender la posición y el movimiento exactos de los objetos.

Analítica

Los ricos datos 3D generados por LiDAR mejoran significativamente los análisis en seguridad y gestión inteligente del espacio. A diferencia de los datos de radar o cámara, que pueden estar limitados por la resolución o las condiciones ambientales, LiDAR ofrece datos completos y muy precisos que pueden utilizarse para obtener información práctica. Estos datos permiten realizar análisis avanzados, como la detección, clasificación y seguimiento precisos de objetos, lo que mejora los procesos de toma de decisiones. Por ejemplo, en una aplicación de seguridad, los datos de LiDAR permiten diferenciar entre personas y vehículos, reducen las falsas alarmas y posibilitan una evaluación de amenazas y estrategias de respuesta más eficaces. En los espacios inteligentes, los datos ambientales detallados de LiDAR contribuyen a una gestión eficaz del tráfico, la planificación de infraestructuras y la optimización de recursos.

Informática en tiempo real

Una de las características más destacadas del LiDAR es su capacidad de vigilancia en tiempo real y respuesta rápida en aplicaciones de seguridad. Los sensores LiDAR escanean continuamente el entorno, proporcionando información inmediata sobre cualquier cambio o amenaza potencial. Esta capacidad de cálculo en tiempo real garantiza que los sistemas de seguridad puedan detectar y mitigar los riesgos potenciales en el momento en que se producen, en lugar de depender de un análisis tardío o posterior al suceso. Por el contrario, los sistemas basados en cámaras pueden tener problemas con el procesamiento en tiempo real debido al enorme volumen de datos y a posibles problemas de iluminación, y el radar, aunque es rápido, a menudo carece de la resolución necesaria para la identificación inmediata y precisa de amenazas.

Rendimiento medioambiental

LiDAR también destaca en condiciones ambientales difíciles en las que otras tecnologías pueden fallar. Por ejemplo, el radar puede tener problemas con el desorden y no distinguir entre objetos en entornos complejos, mientras que las cámaras se ven muy afectadas por la poca luz, la niebla, la lluvia o la nieve. El LiDAR, sin embargo, mantiene una alta precisión y fiabilidad en una amplia gama de condiciones ambientales. Su capacidad para atravesar la niebla, la lluvia e incluso operar en la oscuridad total lo convierte en una opción fiable para la vigilancia continua y la seguridad en diversos climas y entornos.

En conclusión, las incomparables capacidades de imagen, los análisis mejorados, la computación en tiempo real y el sólido rendimiento medioambiental del LiDAR lo convierten en una tecnología esencial para las aplicaciones de seguridad y espacio inteligente. Su capacidad para proporcionar datos precisos, fiables y en tiempo real garantiza que siga siendo la opción preferida para los sectores que exigen los más altos niveles de precisión y seguridad.

¿Qué industrias utilizan LiDAR?

La tecnología LiDAR se utiliza ampliamente en una amplia gama de industrias, cada una de las cuales se beneficia de sus capacidades de precisión, exactitud y datos en tiempo real. Algunos de los sectores clave en los que la tecnología LiDAR está teniendo un impacto significativo son la seguridad, las ciudades inteligentes, los espacios inteligentes, los vehículos guiados autónomos y los robots móviles.

Seguridad

En el ámbito de la seguridad y los espacios inteligentes, el LiDAR desempeña un papel fundamental en la mejora de la seguridad. Al proporcionar imágenes 3D precisas y en tiempo real, LiDAR permite la supervisión continua de entornos, ayudando a detectar y responder rápidamente a posibles amenazas. En entornos industriales, LiDAR garantiza la seguridad de los trabajadores mediante la supervisión de zonas peligrosas y la automatización de protocolos de seguridad, reduciendo el riesgo de accidentes.

Automatización

LiDAR está a la vanguardia de la automatización de los procesos de seguridad en diversas industrias. En los espacios inteligentes, los sistemas LiDAR pueden automatizar la vigilancia de grandes áreas, detectar accesos no autorizados y activar alertas sin necesidad de intervención humana. Esta automatización no sólo aumenta la eficiencia, sino que también mejora los tiempos de respuesta, garantizando que las amenazas a la seguridad se aborden con prontitud. En la automatización industrial, el LiDAR se utiliza para guiar robots y maquinaria con gran precisión, lo que permite operaciones fluidas y eficientes.

Gestión del tráfico

LiDAR también es crucial para gestionar el tráfico peatonal y de vehículos en ciudades y espacios inteligentes. Al detectar con precisión y rastrear continuamente el movimiento de personas y vehículos, LiDAR ayuda a mantener el orden y maximizar el rendimiento en entornos muy concurridos. Puede controlar el flujo de peatones en zonas concurridas, optimizar los tiempos de los semáforos e incluso detectar infracciones de tráfico, todo lo cual contribuye a un espacio público más seguro y organizado.

Estas aplicaciones ponen de relieve la versatilidad de la tecnología LiDAR, que la hace indispensable en sectores centrados en la seguridad, la automatización y la gestión del tráfico. Ya sea para mejorar la seguridad, aumentar la eficiencia operativa o garantizar la seguridad de las personas, LiDAR sigue siendo una fuerza impulsora de las soluciones tecnológicas modernas en una amplia gama de sectores.

LiDAR (detección y medición de distancias por luz)

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