３次元センサの計測方式：LiDAR
こんにちは~組み込みエンジニアの滝象540です。
数回にわたって、3次元センサ特にセンサから光を出して物の形状を計測するアクティブセンサ(能動センサ)の計測方式について少し詳しくまとめます。
色々な方式ありますよ〜。
主な、計測方式はTOF、LiDAR、ランダムドット、位相シフトなどです。今のところ群雄割拠な感じで、どの方式が優れているということはなく、計測方式毎にメリット、デメリットがあります。
どの方式も光が出る部分と計測対象で反射した光を受光するカメラから構成されますが、ランダムドット方式、位相シフト方式の場合は3次元センサメーカ毎にカメラが1台、2台、4台と構成の違いがあります。
今回はLiDARについてまとめたいと思います。
LiDARって何
Light Detection and Rangingの略です。これでライダーと読みます。
センサーから出たレーザ光や赤外線LED光が測定対象に当たって帰ってくるまでの時間(飛行時間)と光の速さから測定対象までの距離を測定します。
比較的安いセンサも販売されているので、趣味で使っている人もいるかもしれません。
光の速さは一定なので、LiDARセンサーは飛行時間を計測します。時間の計測誤差は、測る物の大きさや測定距離に関係なくセンサ毎に一定なので、どこを測ってもだいたい同じ正確さで物の形を測る事ができます。逆に言うと、センサを近づけても物の形状を正確に測る事ができません。
高いフレームレートを実現できる一方で、計測される形状の精度はそこそこです。自度運転にとっては十分正確ですが、製品の検査にとっては精度が足りない印象で、動いているものの動きや大まかな形状を把握する用途にむいていると思います。
自動運転のためのセンサですね
LiDARの計測方法①：TOF方式
Time Of Flightの略で、LiDARセンサで良く使われる計測方式の一つです。センサから光を高速に点滅させ、物で反射して返ってきた光との位相差から物の形状や距離を測定します。
LiDARセンサという名前が使われる前から、TOFカメラ、TOFセンサと呼ばれ使用されています。TOFカメラとLiDARセンサは違う種類のセンサと思っている人も多いのではないでしょうか？私も最近まで別物だと思っていました…。
LiDARの計測方法②：FMCW方式
Frequency Modulated Continuous Waveの略でセンサから周波数を変えた光をだし、センサからでた光と物で反射した光とのうなり(ビート)から物の形状や距離に加え、物の移動速度を計測することができます。
ドップラー効果を利用しているので、ドップラーセンサとも呼ばれます。
3次元センサはGigEカメラと比べると計測に時間がかかり、物の動きはパラパラ漫画のようにカクカク大雑把になります。この情報を使ってロボットなどを動かすとカクカク荒いものになってしまうので、物の移動速度を利用することで滑らかな動きが実現できることが期待されています。
工場での利用はこれからという印象です。
イラストは
イラストは妻に描いてもらいました。良かったら妻のnoteも見ていってください。
最後まで読んでいただきありがとうございます。
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