¿Qué son los Sensores Lidar?
Los sensores lidar son un término genérico para un dispositivo que mide la distancia y la forma de un objeto mediante la emisión de un haz láser y la detección de la luz reflejada o dispersa.
LiDAR es el acrónimo de “Light Detection and Ranging”. En concreto, estos se suele utilizar para medir el tiempo de vuelo en la detección de luz y también se denomina sensor TOF (time-of-flight ).
Los métodos de modulación continua de frecuencia que utilizan el efecto Doppler también se utilizan para mediciones avanzadas y se conocen como métodos FMCW (onda continua de frecuencia modulada). Este tipo de tecnología para medir distancias a distancia se denomina tecnología de teledetección.
Usos de los Sensores Lidar
Las aplicaciones típicas actuales de los sensores Lidar son la tecnología de conducción automática en automóviles y la tecnología de detección de imágenes para smartphones, etc. Originalmente, esta tecnología tiene una larga historia de uso en radares de aviones y observación meteorológica.
Recientemente, junto con ADAS, se ha convertido en un elemento indispensable para hacer realidad la tecnología de conducción automática, como la detección de obstáculos y vehículos en las proximidades en vehículos, y se está desarrollando activamente en términos de miniaturización y reducción de costos.
Además, en las fábricas, los ADAS están empezando a utilizarse en combinación con equipos de procesamiento de imágenes y cámaras de teléfonos inteligentes para ayudar a desenfocar eficazmente en la fotografía, y como tecnología para la RV (realidad virtual) y la RA (realidad aumentada). El uso de sensores Lidar en el iPhone 12Pro y el iPhone 12ProMax de Apple también ha aumentado drásticamente el conocimiento de los sensores Lidar.
Principio de los Sensores Lidar
El principio de los sensores Lidar consiste en un láser como fuente de luz y un elemento receptor de luz, que mide la distancia a un objeto recibiendo la luz láser emitida mediante algún método físico. Por ejemplo, en el método TOF, que es el más utilizado actualmente, la distancia a un objeto se determina midiendo el tiempo que tarda el rayo láser en volver al objeto por reflexión o dispersión (tiempo de vuelo, TOF).
Existen dos formas de irradiar un haz láser: la irradiación de campo amplio y la exploración, en la que el haz láser se irradia en una dirección específica y luego se explora.
1. Método de Iluminación de Campo Amplio
El método de iluminación de campo amplio también se denomina cámara TOF porque puede utilizarse del mismo modo que una cámara ordinaria: puede adquirir información de todo el campo de visión a la vez con un único haz de luz, y el sistema óptico es extremadamente sencillo, lo que lo convierte en un dispositivo de coste relativamente bajo.
Sin embargo, el haz láser debe extenderse para cubrir todo el sensor, lo que reduce la densidad de fotones por píxel, y es susceptible a la luz ambiental, etc., y tiene la desventaja de tener una distancia de medición corta.
2. Método de Barrido
El método de escaneo, por otro lado, utiliza espejos para escanear el rayo láser. Existen dos tipos de sistemas de escaneo: el sistema de escaneo de puntos, que escanea cada píxel, y el sistema de escaneo de líneas, que escanea cada fila. El primero es más preciso pero requiere más tiempo de medición, por lo que el método de escaneo lineal, que tiene la característica contraria, se utiliza cuando no se requiere una alta resolución espacial.
Más Información sobre los Sensores Lidar
1. Diferencias entre los Métodos TOF y FMCW
Existen dos métodos de detección para los sensores LiDAR, el método TOF (tiempo de vuelo) y el método FMCW (modulación continua de frecuencia), siendo la principal diferencia la cantidad física utilizada para el método de detección de distancia: el método TOF mide la cantidad de tiempo que tarda un rayo láser pulsado en reflejarse en un objeto para medir la distancia. El método FMCW utiliza el efecto Doppler de la onda reflejada por el objeto cuando se emite una onda continua a frecuencias variables para medir la distancia.
El método TOF es, en principio, más sencillo y puede reducir el costo de los sensores Lidar. Sin embargo, como es difícil distinguir si la luz láser emitida sobre un objeto es emitida por el usuario o por otra fuente, es poco probable que se convierta en el pilar de la actual tecnología de conducción automatizada, y el método FMCW, que permite mediciones más avanzadas, se considera prometedor.
El método FMCW también tiene problemas que resolver para la conducción automatizada, como el problema de la coherencia que limita la distancia de medición y la reducción de costes, pero en la actualidad se están llevando a cabo activamente investigaciones y desarrollos más avanzados para resolver estos problemas, principalmente en institutos de investigación de todo el mundo.
2. Cámaras para Sensores Lidar
Los sensores Lidar y las cámaras suelen estar separados. Sin embargo, si el sensor Lidar y la cámara son unidades separadas, se produce un ligero paralaje cuando se combinan los datos del sensor Lidar y de la cámara, y no se puede conseguir una alta precisión. Por ello, ahora existe un tipo de sensor que combina la cámara y el sensor Lidar en una sola unidad.
Este tipo de sensores puede generar la creación de imágenes 3D de alta resolución combinando los datos de la cámara y el sensor Lidar. También permite realizar mediciones de alta precisión sin diferencias de paralaje y distorsión, por lo que se espera que se utilice como sensor a bordo de vehículos.
3. Previsión de la Demanda de los Sensores Lidar
En los últimos tiempos, la investigación y el desarrollo de la tecnología de conducción automatizada han florecido, principalmente de la mano de Toyota Corporation, y la industria de sensores Lidar y sensores láser se ha calentado en consecuencia.
La empresa de estudios de mercado Yano Research Institute prevé que el tamaño del mercado de sensores Lidar y Láser aumente hasta los 4,500 millones de dólares en 2030. Otra empresa de estudios de mercado, Yor Development, prevé (en un estudio de 2019) que el tamaño del mercado de los sensores Lidar aumentará hasta los 6.000 millones de dólares en 2024.
Se espera que la demanda de los sensores Lidar siga aumentando, especialmente en los países desarrollados.