Cos'è il LiDAR | Quanergy Solutions, Inc. | Sensori LiDAR e soluzioni di percezione intelligente

Che cos'è il LiDAR?

Il LiDAR, acronimo di Light Detection and Ranging, è una tecnologia di rilevamento del tempo di volo che utilizza la radiazione elettromagnetica per misurare le distanze. In particolare, il sistema invia impulsi laser a bassa potenza, sicuri per gli occhi, nello spettro del vicino infrarosso e misura il tempo necessario al laser per completare un viaggio di andata e ritorno tra il sensore e il bersaglio. La lunghezza d'onda del laser, in genere compresa tra 905 e 1550 nanometri, svolge un ruolo cruciale per la sicurezza e la precisione delle misurazioni. Questa lunghezza d'onda accuratamente selezionata garantisce che il laser rimanga sicuro per gli occhi, fornendo al contempo un'elevata precisione nel rilevamento e nel tracciamento degli oggetti.

Quando gli impulsi laser colpiscono un oggetto, si riflettono sul sensore LiDAR. Calcolando il tempo di ritorno di ciascun impulso, il sensore determina la distanza dell'oggetto. I dati aggregati risultanti formano un'immagine a nuvola di punti 3D, che fornisce informazioni sulla posizione spaziale e sulla profondità. Ciò consente ai sistemi LiDAR di identificare, classificare e seguire gli oggetti in movimento con un elevato grado di precisione, rendendoli uno strumento fondamentale in diverse applicazioni, dai robot industriali alla sicurezza fisica.

Le basi delle soluzioni tecnologiche Quanergy LiDAR

**La tecnologia LiDAR si basa sui principi fondamentali dell'elettromagnetismo e utilizza la luce per misurare le distanze con incredibile precisione. Il cuore di questa tecnologia è il concetto di "tempo di volo", che si riferisce al tempo necessario alla luce per viaggiare dal sensore LiDAR, colpire un oggetto e tornare al sensore. Questa misurazione del tempo è fondamentale perché i sistemi LiDAR calcolano la distanza in base alla velocità della luce, una costante di circa 299.792 chilometri al secondo (186.282 miglia al secondo).

La luce emessa nei sistemi LiDAR rientra nello spettro elettromagnetico, in particolare nella regione del vicino infrarosso. Grazie alla pulsazione di queste onde luminose, la tecnologia LiDAR può acquisire informazioni dettagliate sull'ambiente. La velocità della luce permette al sistema di eseguire queste misurazioni in modo rapido e preciso, consentendo la creazione di una nuvola di punti 3D continua e in tempo reale dell'area scansionata.

Oltre ai principi dell'elettromagnetismo, il LiDAR si basa anche sull'elettrodinamica, lo studio delle cariche elettriche in movimento. Quando i sensori LiDAR emettono luce, si basano su questi principi elettrodinamici per rilevare l'energia riflessa dagli oggetti. La capacità del sensore di misurare queste riflessioni e calcolare le distanze è ciò che rende il LiDAR così efficace nel rilevare e tracciare continuamente gli oggetti, con la capacità di una rete a maglie di unire più sensori in vari ambienti.

Grazie a questa combinazione di radiazioni elettromagnetiche, velocità della luce ed elettrodinamica, la tecnologia LiDAR di Quanergy fornisce una solida consapevolezza spaziale in tempo reale, rendendola uno strumento essenziale per un'ampia gamma di applicazioni.

Che cos'è una nuvola di punti?

Le nuvole di punti sono grandi insiemi di dati composti da milioni di punti 3D, ognuno dei quali rappresenta una posizione precisa nello spazio. Questi punti sono generati da scansioni LiDAR dell'ambiente, che catturano informazioni dettagliate su oggetti in movimento, come veicoli e persone, e su oggetti fissi, come edifici, alberi e altre strutture permanenti. I dati grezzi di queste nuvole di punti possono essere elaborati da sistemi software per creare immagini 3D dettagliate dell'area scansionata.

Creazione di modelli e simulazioni di sicurezza altamente accurati negli spazi intelligenti

Nel campo della visione computerizzata 3D, le nuvole di punti generate da LiDAR sono preziose per creare modelli e simulazioni di sicurezza altamente precisi negli spazi intelligenti. Questi modelli forniscono una rappresentazione virtuale dell'ambiente, consentendo una pianificazione, un'analisi e una simulazione dettagliate degli scenari di sicurezza. Convertendo le nuvole di punti in immagini digitali 3D, i sistemi di sicurezza possono visualizzare l'area in tempo reale, consentendo un migliore processo decisionale e un monitoraggio più efficace.

Rilevamento avanzato degli oggetti nei sistemi di sicurezza

Le nuvole di punti svolgono un ruolo cruciale anche nel rilevamento avanzato degli oggetti all'interno dei sistemi di sicurezza. Analizzando i punti di dati 3D, questi sistemi possono identificare e classificare le potenziali minacce in tempo reale, distinguendo tra diversi tipi di oggetti, come veicoli, esseri umani e altre entità. Questa capacità è essenziale per mantenere la sicurezza in ambienti dinamici, dove l'identificazione rapida e accurata di potenziali minacce è fondamentale.

Contributo all'imaging ad alta risoluzione

Inoltre, le nuvole di punti contribuiscono all'imaging ad alta risoluzione, offrendo una visione dettagliata e accurata dell'ambiente monitorato. Questa capacità di imaging è particolarmente preziosa nei settori della sicurezza e degli spazi intelligenti, dove precisione e chiarezza sono fondamentali per un monitoraggio e un'analisi efficaci. Utilizzando le nuvole di punti, i sistemi basati su LiDAR possono creare immagini complete e ad alta definizione che forniscono una chiara comprensione dell'ambiente di sicurezza, favorendo il rilevamento, l'analisi e la risposta a potenziali minacce.

In sintesi, le nuvole di punti sono un elemento fondamentale della tecnologia LiDAR, che consente una visione computerizzata 3D dettagliata, il rilevamento avanzato degli oggetti e l'imaging ad alta risoluzione, tutti elementi essenziali per migliorare la sicurezza e il monitoraggio degli spazi intelligenti.

Qual è il campo visivo?

Il campo visivo (FoV) è definito come l'angolo, misurato in gradi, che un sensore può coprire. Per i sensori LiDAR, questo è tipicamente espresso in termini sia orizzontali che verticali, indicando l'estensione dell'area che il sensore può scansionare e monitorare. Nel contesto della scansione 3D, un ampio campo visivo è fondamentale per acquisire un'immagine completa dell'ambiente. Questo aspetto è particolarmente importante nel settore della sicurezza e degli spazi intelligenti, dove la capacità del LiDAR di eseguire scansioni 3D continue consente una sorveglianza approfondita e il tracciamento di oggetti 3D. Un campo visivo più ampio garantisce che nessuna area venga lasciata senza sorveglianza, migliorando in modo significativo l'efficacia dei sistemi di sicurezza. L'ottica svolge un ruolo fondamentale nell'ottimizzazione del campo visivo dei sensori LiDAR. I dispositivi ottici di alta qualità sono integrati nei sistemi LiDAR per massimizzare la capacità del sensore di rilevare e monitorare gli oggetti su ampie aree. Queste ottiche garantiscono che il sensore LiDAR possa coprire spazi estesi, rilevare intrusioni e monitorare l'attività negli spazi intelligenti con grande precisione. Regolando con precisione il campo visivo attraverso ottiche avanzate, i sistemi LiDAR possono fornire la copertura e i dettagli necessari per un monitoraggio e una sorveglianza efficaci in diverse applicazioni. Che si tratti di sicurezza o di gestione di ambienti intelligenti, il campo visivo della tecnologia LiDAR è fondamentale per fornire funzionalità di scansione 3D accurate, affidabili e complete.

Riflettività LiDAR

Il LiDAR funziona rilevando e misurando il ritorno della luce al ricevitore del sensore. L'efficacia di questo processo dipende in modo significativo dalla riflettività del bersaglio. Alcune superfici riflettono la luce meglio di altre, rendendo più facile il rilevamento e la misurazione affidabile alla massima portata del sensore. Ad esempio, una superficie bianca restituisce una quantità di luce maggiore rispetto a una superficie nera, che assorbe più luce. Questa differenza di riflettività fa sì che un bersaglio bianco possa essere rilevato e misurato con maggiore precisione a distanze maggiori rispetto a un bersaglio più scuro.

I bersagli a specchio pongono ulteriori problemi perché riflettono la luce in un fascio concentrato anziché disperderla in più direzioni, come fanno le superfici diffuse. Questa riflessione concentrata potrebbe non tornare direttamente al ricevitore del sensore LiDAR, rendendo gli oggetti a specchio più difficili da rilevare e misurare con precisione.
I bersagli catarifrangenti, come i cartelli stradali e le targhe, restituiscono un'alta percentuale di luce direttamente al sensore LiDAR. Questi bersagli sono ideali per il rilevamento LiDAR, in quanto forniscono un ritorno forte e affidabile, anche a distanze maggiori. Tuttavia, le prestazioni reali e la portata massima effettiva di un sensore LiDAR possono variare a seconda della riflettività della superficie del bersaglio da scansionare.

Fattori ambientali: Assorbimento elettromagnetico da parte dell'acqua

Anche le condizioni ambientali svolgono un ruolo cruciale nelle prestazioni del LiDAR, in particolare negli ambienti di sicurezza esterni. L'acqua, ad esempio, può assorbire alcune lunghezze d'onda della luce, influenzando il funzionamento del LiDAR in condizioni di pioggia o umidità. Quando i sensori LiDAR emettono luce, parte dell'energia può essere assorbita dalle gocce d'acqua presenti nell'aria, riducendo la quantità di luce che ritorna al sensore. L'assorbimento elettromagnetico da parte dell'acqua può limitare la portata effettiva del LiDAR nelle applicazioni all'aperto, soprattutto in caso di pioggia o nebbia. Tuttavia, i moderni sistemi LiDAR sono progettati per compensare queste condizioni, garantendo la possibilità di fornire dati affidabili anche in condizioni atmosferiche difficili.

Condizioni di illuminazione

Anche le condizioni di illuminazione, sia in interni che in esterni, influiscono sulla capacità del LiDAR di rilevare e monitorare le minacce alla sicurezza. In ambienti molto illuminati, il LiDAR può continuare a funzionare efficacemente perché opera indipendentemente dalla luce visibile, affidandosi invece alle lunghezze d'onda dell'infrarosso. Tuttavia, una luce solare estremamente intensa può introdurre rumore, rendendo più difficile il rilevamento di bersagli a bassa riflettività. Al contrario, in condizioni di scarsa illuminazione o di notte, il LiDAR mantiene un'elevata precisione poiché non dipende dalla luce ambientale per funzionare. Ciò lo rende uno strumento potente per il monitoraggio della sicurezza 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in spazi intelligenti sia interni che esterni.

La comprensione di questi fattori - riflettività, condizioni ambientali e illuminazione - è essenziale per ottimizzare le prestazioni del LiDAR nelle applicazioni di sicurezza e smart space. Il team di vendita di Quanergy è a disposizione per aiutarvi a selezionare la soluzione LiDAR più adatta alle vostre esigenze specifiche, garantendo prestazioni affidabili e precise in qualsiasi ambiente.

Sensori LiDAR

Quanergy fornisce sensori LiDAR 3D ad alte prestazioni e software di percezione intelligente che migliorano la sicurezza, l'efficienza e le prestazioni, riducendo i costi in un'ampia gamma di mercati e applicazioni.

Il nostro portafoglio brevettato di sensori Q-Track LiDAR è caratterizzato da un'alta risoluzione e da un campo visivo di 360 gradi, che genera nuvole di punti 3D in tempo reale a lunga distanza. Questi sensori LiDAR ad alta definizione e dal costo contenuto sono robusti e affidabili e sono ideali per le applicazioni più impegnative del mondo reale che richiedono il massimo campo visivo e la massima portata.

Tipi di LiDAR Quanergy

LiDAR a tempo di volo (ToF):

Il tempo di volo è il principio fondamentale alla base della maggior parte dei sistemi LiDAR, compresi i nostri sensori Q-Track. Il LiDAR ToF misura il tempo impiegato da un impulso laser per raggiungere un oggetto e tornare indietro, calcolando le distanze con grande precisione. Questa tecnologia è particolarmente efficace per il rilevamento e il tracciamento in tempo reale degli oggetti, ed è quindi essenziale per le applicazioni di sicurezza e di smart space, in cui sono fondamentali risposte rapide e precise.

LiDAR a tempo di volo indiretto (iToF):

A differenza della ToF diretta, che misura direttamente il tempo di percorrenza degli impulsi luminosi, i sistemi iToF misurano lo spostamento di fase tra le forme d'onda luminose emesse e riflesse. Questo spostamento di fase è indirettamente correlato al tempo di volo, da cui il nome "indiretto". La differenza di fase viene quindi utilizzata per calcolare la distanza dall'oggetto.

Ogni tipo di tecnologia LiDAR offre vantaggi unici, adatti a diverse applicazioni. Sia che si tratti dell'elevata precisione efficace per le misurazioni a lungo raggio di ToF per applicazioni di sicurezza e spazi intelligenti, sia che si tratti della risoluzione di profondità fine a distanze più ravvicinate per i robot mobili, le soluzioni LiDAR di Quanergy offrono l'accuratezza e l'affidabilità necessarie per soddisfare i requisiti più esigenti.

In cosa si differenzia il LiDAR dai sistemi basati su radar e telecamere?

I sistemi LiDAR, radar e a telecamera sono tutti utilizzati per rilevare e monitorare gli oggetti in movimento, ma funzionano secondo principi diversi e offrono vari livelli di precisione e funzionalità, in particolare nelle applicazioni di sicurezza e di spazio intelligente.

LiDAR vs. Radar:

Il radar utilizza le onde radio per determinare la velocità, la distanza e l'angolo di oggetti in movimento. Pur essendo efficace, la dipendenza del radar dalle onde radio ne limita la risoluzione e la precisione, soprattutto in ambienti complessi. Il LiDAR, invece, utilizza la luce laser per creare un'immagine 3D dettagliata e in tempo reale dell'ambiente circostante. Ciò consente al LiDAR di rilevare e classificare gli oggetti con un'accuratezza e una precisione superiori, fornendo una visione completa che è essenziale per il monitoraggio efficace e il rilevamento delle minacce nei sistemi di sicurezza. A differenza del radar, il LiDAR eccelle nel rilevare intrusioni o accessi non autorizzati in aree difficili, come siti vicini a zone residenziali con traffico di persone/veicoli, siti con strutture metalliche, aree vincolate come mantraps/lobbies e siti con geometrie complesse che creano punti ciechi.

LiDAR vs. telecamere:

Le telecamere acquisiscono immagini 2D utilizzando milioni di pixel, ma hanno dei limiti quando si tratta di misurare con precisione la profondità e la distanza. Inoltre, le telecamere 2D hanno una portata e un FOV limitati e le loro immagini non possono creare un'immagine 3D integrata, richiedendo quindi centinaia, se non migliaia, di telecamere per ridurre il numero di punti ciechi. Le telecamere presentano anche rischi per la privacy, in quanto possono catturare informazioni di identificazione personale (PII). Il LiDAR, tuttavia, offre vantaggi significativi rispetto ai sistemi basati su telecamere nelle applicazioni di sicurezza. Genera immagini 3D che non solo mappano l'ambiente, ma misurano anche con precisione distanze e movimenti, il tutto senza catturare PII. Questo riduce il rischio di falsi allarmi e aumenta l'affidabilità dei sistemi di sicurezza. Inoltre, le telecamere hanno difficoltà in condizioni di scarsa illuminazione e di tempo avverso, mentre il LiDAR mantiene un'elevata precisione in condizioni di oscurità, pioggia, neve e altre condizioni difficili.

Accuratezza e precisione:

Quando si tratta di rilevare minacce alla sicurezza e monitorare spazi intelligenti, il LiDAR supera sia i radar che le telecamere in termini di accuratezza e precisione. La sua capacità di fornire nuvole di punti 3D dettagliate e di tracciare gli oggetti in tempo reale consente un livello di consapevolezza della situazione ineguagliato da altre tecnologie. Questa precisione è fondamentale per identificare e rispondere alle minacce in modo rapido ed efficace, assicurando che i sistemi di sicurezza siano affidabili e robusti.

In sintesi, sebbene i sistemi basati su radar e telecamere abbiano i loro utilizzi, il LiDAR offre un'accuratezza, una precisione e una versatilità superiori nelle applicazioni di sicurezza e smart space, rendendolo la scelta preferita per le moderne soluzioni di monitoraggio ad alte prestazioni.

Tecnologie di rilevamento a confronto

	LiDAR	Radar	Video
Dimensioni di rilevamento	3D	1D	2D
Gamma
Campo visivo
Rilevamento degli oggetti - Forma / Orientamento
Rilevamento di oggetti - Movimento statico / laterale
Risoluzione con intervallo
Gamma Precisione
Pioggia, neve, smog, polvere, tempesta di sabbia
Nebbia
Luce ambientale - Buio pesto / Luce solare intensa
Segno di lettura / Colore
Intensità / Riflettività

La tabella di confronto è soggetta a modifiche senza preavviso

Cosa rende il LiDAR una tecnologia essenziale?

Il LiDAR rimane l'unica tecnologia di sensori in grado di offrire la massima precisione e la massima risoluzione angolare, rendendola indispensabile per diverse applicazioni, in particolare per la sicurezza, gli spazi intelligenti e l'automazione industriale. Le sue capacità uniche lo distinguono da altre tecnologie come il radar e le telecamere, garantendone la posizione di strumento critico nei moderni ecosistemi tecnologici.

Imaging

Per quanto riguarda le capacità di imaging, il LiDAR supera sia il radar che le telecamere in termini di risoluzione e precisione. Sebbene il radar sia efficace nel rilevare oggetti su lunghe distanze, non ha la risoluzione fine necessaria per ottenere immagini dettagliate. Le telecamere, pur essendo in grado di catturare immagini ad alta risoluzione, sono limitate alle viste 2D e dipendono fortemente dalle condizioni di illuminazione. Al contrario, il LiDAR fornisce immagini 3D precise che catturano sia la posizione spaziale che la profondità degli oggetti in tempo reale, anche in condizioni di scarsa illuminazione o di tempo avverso. Questa capacità di imaging superiore rende il LiDAR ideale per la sorveglianza dettagliata e il monitoraggio ambientale nei sistemi di sicurezza e negli spazi intelligenti, dove la comprensione dell'esatta posizione e del movimento degli oggetti è fondamentale.

Analisi

I ricchi dati 3D generati dal LiDAR migliorano significativamente l'analisi nella sicurezza e nella gestione intelligente degli spazi. A differenza dei dati dei radar o delle telecamere, che possono essere limitati dalla risoluzione o dalle condizioni ambientali, il LiDAR offre dati completi e altamente precisi che possono essere utilizzati per ricavare informazioni utili. Questi dati consentono analisi avanzate, come il rilevamento, la classificazione e il tracciamento preciso degli oggetti, che portano a processi decisionali migliori. Ad esempio, in un'applicazione di sicurezza, i dati LiDAR consentono di distinguere tra esseri umani e veicoli, riducono i falsi allarmi e consentono strategie di valutazione e risposta alle minacce più efficaci. Negli spazi intelligenti, i dati ambientali dettagliati del LiDAR supportano una gestione efficiente del traffico, la pianificazione delle infrastrutture e l'ottimizzazione delle risorse.

Informatica in tempo reale

Una delle caratteristiche principali del LiDAR è la sua capacità di supportare il monitoraggio in tempo reale e la risposta rapida nelle applicazioni di sicurezza. I sensori LiDAR scansionano continuamente l'ambiente, fornendo un feedback immediato su eventuali cambiamenti o potenziali minacce. Questa capacità di elaborazione in tempo reale garantisce che i sistemi di sicurezza possano rilevare e ridurre i rischi potenziali nel momento stesso in cui si verificano, anziché affidarsi ad analisi ritardate o successive agli eventi. Al contrario, i sistemi basati su telecamere possono avere difficoltà nell'elaborazione in tempo reale a causa dell'enorme volume di dati e dei potenziali problemi di illuminazione, mentre i radar, pur essendo veloci, spesso non hanno la risoluzione necessaria per un'identificazione immediata e precisa delle minacce.

Prestazioni ambientali

Il LiDAR eccelle anche in condizioni ambientali difficili, in cui altre tecnologie possono fallire. Ad esempio, il radar può avere problemi con il disordine e non distinguere gli oggetti in ambienti complessi, mentre le telecamere risentono pesantemente della scarsa illuminazione, della nebbia, della pioggia o della neve. Il LiDAR, invece, mantiene un'elevata precisione e affidabilità in un'ampia gamma di condizioni ambientali. La sua capacità di penetrare la nebbia, la pioggia e di operare anche in condizioni di buio totale lo rende una scelta affidabile per il monitoraggio continuo e la sicurezza in ambienti e climi diversi.

In conclusione, le impareggiabili capacità di imaging, le analisi avanzate, l'elaborazione in tempo reale e le solide prestazioni ambientali del LiDAR ne fanno una tecnologia essenziale per le applicazioni di sicurezza e per lo spazio intelligente. La sua capacità di fornire dati accurati, affidabili e in tempo reale fa sì che rimanga la scelta preferita per i settori che richiedono i massimi livelli di precisione e sicurezza.

Quali settori utilizzano il LiDAR?

La tecnologia LiDAR è ampiamente utilizzata in una vasta gamma di settori, ognuno dei quali beneficia della sua precisione, accuratezza e capacità di fornire dati in tempo reale. Alcuni dei settori chiave in cui il LiDAR sta avendo un impatto significativo sono la sicurezza, le città intelligenti, gli spazi intelligenti, i veicoli a guida autonoma e i robot mobili.

Sicurezza

Nel campo della sicurezza e degli spazi intelligenti, il LiDAR svolge un ruolo fondamentale nel migliorare la sicurezza. Fornendo immagini 3D precise e in tempo reale, il LiDAR consente un monitoraggio continuo degli ambienti, aiutando a rilevare e rispondere rapidamente alle potenziali minacce. Negli ambienti industriali, il LiDAR garantisce la sicurezza dei lavoratori monitorando le aree pericolose e automatizzando i protocolli di sicurezza, riducendo il rischio di incidenti.

Automazione

Il LiDAR è all'avanguardia nell'automazione dei processi di sicurezza in vari settori. Negli spazi intelligenti, i sistemi LiDAR possono automatizzare il monitoraggio di grandi aree, rilevando accessi non autorizzati e attivando avvisi senza la necessità di un intervento umano. Questa automazione non solo aumenta l'efficienza, ma migliora anche i tempi di risposta, garantendo che le minacce alla sicurezza vengano affrontate tempestivamente. Nell'automazione industriale, il LiDAR viene utilizzato per guidare robot e macchinari con grande precisione, consentendo operazioni continue ed efficienti.

Gestione del traffico

Il LiDAR è fondamentale anche nella gestione del traffico pedonale e veicolare all'interno delle città e degli spazi intelligenti. Rilevando con precisione e tracciando continuamente il movimento di persone e veicoli, il LiDAR aiuta a mantenere l'ordine e a massimizzare il flusso in ambienti affollati. Può monitorare il flusso pedonale nelle aree affollate, ottimizzare i tempi dei semafori e persino rilevare le violazioni del traffico, contribuendo a rendere lo spazio pubblico più sicuro e organizzato.

Queste applicazioni evidenziano la versatilità della tecnologia LiDAR, rendendola indispensabile nei settori della sicurezza, dell'automazione e della gestione del traffico. Che si tratti di migliorare la sicurezza, incrementare l'efficienza operativa o garantire la sicurezza delle persone, il LiDAR continua a essere una forza trainante delle moderne soluzioni tecnologiche in un'ampia gamma di settori.

LiDAR (Light Detection and Ranging)

Luce vicino all'infrarosso sicura per gli occhi, con un'uscita ad alta risoluzione e un basso consumo energetico: i pionieristici sensori laser 3D di Quanergy