Что такое LiDAR и как его используют в 3D-печати?

LiDAR (Light Detection and Ranging) или лазерное обнаружение и определение дальности (Laser Imaging Detection and Ranging) — это передовой метод дистанционного зондирования, позволяющий создавать точные трёхмерные модели окружающей среды и объектов. Благодаря способности собирать трёхмерные данные с высокой точностью, LiDAR позволяет создавать точные карты окружающего нас мира. LiDAR используется в различных областях, таких как археология, строительство и инженерия, и также бесценен в сочетании с решениями для 3D-печати. ​​Благодаря своей скорости и надёжности он также является ключевым инструментом в разработке беспилотных автомобилей.

Разработанная в 1960-х годах для картографирования больших территорий, эта технология претерпела значительные изменения, в частности, благодаря интеграции систем GPS и ИНС (инерциальной навигационной системы). Сегодня её можно встраивать как в 3D-сканеры, так и в 3D-принтеры для повышения их производительности.

Что такое LiDAR и как он работает?

LiDAR — это технология дистанционного зондирования, использующая лазерные импульсы для измерения расстояния между различными объектами и поверхностями с целью построения трёхмерных моделей. Эта система состоит из лазерного сканера, датчика LiDAR и процессора, отвечающего за интерпретацию данных. Работая с лазерным лучом, излучаемым на определённой длине волны, LiDAR каждую секунду посылает миллионы световых импульсов на анализируемые поверхности. Эти импульсы, отражаясь, регистрируются датчиком и преобразуются в точки. Все эти точки образуют так называемое облако точек, представляющее собой всю информацию, собранную во время сканирования. Затем процессор обрабатывает эти данные, измеряя время пролёта (ToF), то есть время, необходимое каждому импульсу для достижения объекта и возвращения к датчику. Используя эти данные о времени и горизонтальные и вертикальные углы излучения лазера, система вычисляет трёхмерные координаты (XYZ) каждой точки. Благодаря плотности и точности этих точек можно получить высокодетализированное трёхмерное изображение сканируемой среды или объекта.

Различия между лидаром и фотограмметрией

Лидар и фотограмметрия имеют общую цель — обнаружение и трёхмерное картирование объектов или мест, но работают по разным принципам. Фотограмметрия — это метод, позволяющий создавать трёхмерные модели на основе двумерных фотографий, снятых с разных ракурсов. Он извлекает двумерные данные из изображений и преобразует их в трёхмерную цифровую модель. Лидар же использует лазерный луч для картирования окружающей среды или объекта, создавая облако точек, которое затем используется для построения трёхмерной модели. В этом смысле лидар больше похож на 3D-сканер структурированного света, чем на фотограмметрию.

Фотограмметрия использует камеры и естественное освещение для проведения съёмки. Хотя она может предоставлять очень подробные результаты, точность полученных данных сильно зависит от условий освещения во время съёмки. Например, отражающие или прозрачные поверхности могут создавать проблемы. Кроме того, качество трёхмерной модели, создаваемой фотограмметрией, может варьироваться в зависимости от разрешения изображений и количества точек обзора, используемых при съёмке.

LiDAR отличается высокой точностью, особенно при измерении сложных поверхностей, даже в условиях низкой освещенности и видимости. Фотограмметрия, напротив, лучше подходит для обнаружения хорошо освещенных объектов или условий, в то время как LiDAR превосходно подходит для создания подробных карт территорий.

С точки зрения стоимости фотограмметрия дешевле лидара, поскольку использует стандартные камеры. Однако эта экономическая эффективность связана с тем, что 3D-модели часто требуют дополнительной постобработки, поскольку не всегда отличаются высокой точностью. Более точная 3D-модель, создаваемая лидаром, практически не требует постобработки.

Подводя итог, можно сказать, что фотограмметрия — более простой и экономичный метод, но ему не хватает точности, в то время как LiDAR обеспечивает высокую точность, но при более высокой стоимости и без визуального ввода данных. Альтернативой LiDAR может стать традиционное 3D-сканирование, которое более доступно и позволяет получать мельчайшие детали, хотя эти системы, как правило, медленнее и менее подходят для покрытия больших площадей по сравнению с технологиями LiDAR.

Типы сканеров LiDAR и возможные области применения

LiDAR-сканеры делятся на две основные категории: наземные лазерные сканеры (TLS) , которые используются на земле, и воздушные лазерные сканеры (ALS) , которые устанавливаются на летательных аппаратах. TLS могут быть статическими или мобильными. Статические сканеры устанавливаются на неподвижных опорах, таких как штативы или стационарные конструкции, и могут использоваться для проведения высокоточных съемок зданий, памятников или мест. Мобильные сканеры , известные как MLS, устанавливаются на транспортных средствах, таких как машины, и особенно подходят для крупномасштабных динамических сканирований, таких как сканирование городских улиц. В некоторых автономных устройствах, таких как роботы-пылесосы, система LiDAR установлена ​​на вращающемся диске, что позволяет лазеру сканировать на 360°. Воздушные LiDAR-сканеры (ALS) устанавливаются на летательных аппаратах, таких как самолеты, и измеряют время полета лазерных импульсов, посылаемых с летательного аппарата, тем самым вычисляя расстояние, пройденное между землей и датчиком. Эти сканеры также могут быть установлены на беспилотных летательных аппаратах, оснащенных картографическими и навигационными системами.

LiDAR используется в различных типах сканеров и находит применение во многих областях. Он часто используется в роботах-пылесосах для картографирования помещений дома, определения, какие из них уже убраны, а какие ещё требуют уборки. В беспилотных автомобилях он обеспечивает точность и безопасность вождения. На iPhone LiDAR улучшает фокусировку камеры и делает приложения дополненной реальности более реалистичными. Он также используется в автомобилях Google для картографирования больших территорий, предоставляя данные, используемые в Google Earth. Благодаря интеграции датчиков LiDAR в iPhone и iPad, такое программное обеспечение, как Polycam, позволяет пользователям быстро и точно снимать обстановку, комнаты и этажи с высокой степенью детализации.

3D-принтеры и сканеры, оснащенные системой LiDAR

В настоящее время большинство 3D-принтеров не оснащены встроенным датчиком LiDAR в стандартной комплектации, но несколько решений и экспериментальных проектов стремятся интегрировать его в процесс печати. ​​Например, китайский производитель Creality недавно выпустил K1 MAX – 3D-принтер, оснащенный сканерами LiDAR для обнаружения аномалий на печатной форме. Эта система позволяет контролировать не только первый, но и последующие слои печати, обеспечивая оптимальное качество создания моделей. Bambu Lab , в свою очередь, использует систему LiDAR в своей серии Bambu Lab X1 для регулировки давления и расхода в своих принтерах. Однако, если существующие решения не отвечают конкретным требованиям, датчики LiDAR могут быть интегрированы в индивидуальные проекты или гибридные решения, особенно в промышленном секторе. Стоимость таких решений начинается от 700 евро, как в случае с принтером Creality, и может превышать 1000 евро, как в случае с Bambu Lab X1.

Что касается сканеров, на рынке представлено несколько устройств, использующих технологию LiDAR. Например, LiDAR 3D FJD Trion P1, который можно использовать для картографирования помещений и территорий, или Artec Ray II, способный сканировать большие площади и объекты на расстоянии до 130 метров. Эти сканеры можно приобрести в розничных магазинах, таких как Amazon, или непосредственно на сайтах производителей. Цены значительно варьируются в зависимости от области применения: базовые датчики стоят около 45 долларов США, в то время как профессиональные решения, такие как Artec Ray II, могут стоить более 100 000 долларов США.

Преимущества и проблемы интеграции LiDAR в 3D-печать

Одно из главных преимуществ лидара — высокая точность. Кроме того, лидар предоставляет данные в режиме реального времени, что позволяет корректировать производство и оптимизировать рабочий процесс, тем самым повышая качество конечной печати.

Однако основные недостатки этой технологии связаны с её стоимостью, которая может быть высокой, особенно для профессиональных решений. Кроме того, из-за плотности данных, содержащихся в облаке точек, их интеграция в САПР для 3D-печати может потребовать значительных вычислительных затрат. Хотя датчики LiDAR интегрированы в мобильные устройства, такие как iPhone и iPad, их производительность часто уступает производительности специализированных систем, таких как TLS или мобильный LiDAR.

По вопросам 3d печати, 3d сканированию, обучению в Краснодаре писать сюда:

телеграм — https://t.me/fidller

max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ

почта — shope@fidller.com

все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/fidller_com
группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123
https://t.me/pechat3dkrd