Tin tức

Lidar thế hệ mới: Nhìn thấy khu rừng xuyên qua những tán cây

12/07/2021 GeoLink Thu Giang 0 Nhận xét

(English below)

Một ưu điểm chính của công nghệ lidar là khả năng xuyên qua thảm thực vật dày như tán rừng để thu thập dữ liệu độ cao bề mặt và phát hiện các đối tượng bị che khuất bằng mắt người hoặc các phương pháp điện quang khác — các đối tượng như tòa nhà, đường hoặc vũ khí được che giấu.

Ngược lại, kỹ thuật đo quang không thể phân biệt các vật thể bị che khuất bởi thảm thực vật. Phép đo quang chỉ có thể tạo ra các mô hình độ cao dựa trên hình ảnh hai chiều và không thể nhìn xuyên qua khu rừng rậm rạp hoặc bụi cây.

Tất nhiên, Lidar không thực sự nhìn thấu được thảm thực vật. Đúng hơn, nó nhìn xuyên qua các lỗ trên tán lá. Một số xung laser mà nó phát ra chỉ đơn giản là tìm thấy các khe hở giữa lá và cành, giống như cách mà ánh sáng mặt trời lọc qua tán rừng, tiếp tục chiếu xuống mặt đất.

Tuy nhiên, vấn đề với lidar chế độ tuyến tính truyền thống là một số xung đập vào lá và cành. Các xung này có thể phá vỡ thành nhiều tín hiệu trả về hoặc chế ngự các tín hiệu mờ hơn từ ánh sáng tìm thấy khe hở và quay trở lại. Vì lý do này, các phép đo của các vật thể ẩn bên dưới tán lá rất khó thực hiện bằng cách sử dụng chế độ tuyến tính truyền thống.

Tuy nhiên, lidar chế độ Geiger thế hệ mới của ngày hôm nay đang thay đổi điều đó. Trái ngược với lidar chế độ tuyến tính truyền thống, lidar chế độ Geiger sử dụng một mảng điốt quang để làm ngập một khu vực có ánh sáng hồng ngoại. Mỗi diode trong dãy đủ nhạy để phát hiện một photon đơn lẻ phản xạ từ khu vực được chiếu sáng. Mảng này được gắn trên một máy quét xoay một góc để tạo ra một trường nhìn hình nón.
Điều này dẫn đến trường xem mặt đất hình tròn chứ không phải là một đường như với lidar chế độ tuyến tính. Khi máy quét quay, dãy photodiode nhấp nháy tới 50.000 lần mỗi giây và thực hiện 4.096 phép đo mỗi lần nhấp nháy từ nhiều góc độ, tương đương với 205 triệu mẫu mỗi giây. Do đó, mỗi mét vuông địa hình có thể được lấy mẫu hàng nghìn lần chỉ trong một lần bay qua.

Mật độ cao và hình ảnh đa góc độ của chế độ Geiger mang lại cơ hội tốt hơn để nhìn qua tán lá. Ngay cả khi các đối tượng bị tắc nghẽn đáng kể bên dưới tán cây, vẫn có thể khai thác chi tiết các đặc điểm của chúng với lidar chế độ Geiger.

Chế độ Geiger lidar, được phát triển bởi L3Harris Corporation kết hợp với Phòng thí nghiệm Lincoln tại MIT, chỉ dựa vào một photon duy nhất quay trở lại máy dò để đo khoảng cách đến mặt đất. Điều này cung cấp một lợi thế đáng kể so với lidar chế độ tuyến tính, đòi hỏi sự trở lại của hàng nghìn photon. Chế độ tuyến tính lidar yêu cầu tia laser công suất cao hơn nhiều để bay ở độ cao thấp hơn và tốc độ chậm hơn. Mặt khác, lidar chế độ Geiger có thể bay nhanh hơn và ở độ cao cao hơn, cho phép nó nhìn thấy nhiều trái đất hơn bên dưới và thu thập nhiều hơn tại một thời điểm.

Khả năng nhìn xuyên qua tán rừng và tiến hành thu thập diện rộng nhanh hơn và hiệu quả hơn có thể là một lợi ích trong việc xác định các trang trại ma túy bất hợp pháp hoặc trong việc chống lại hoạt động buôn bán trái phép động vật hoang dã trên toàn cầu trị giá hàng tỷ đô la và các tổ chức tội phạm quốc tế và các nhóm khủng bố sử dụng giao dịch này như một nguồn thu nhập ít rủi ro để tài trợ cho hoạt động của họ.

Việc buôn bán trái phép động vật hoang dã trên toàn cầu không chỉ dẫn đến sự mất mát đa dạng sinh học chưa từng có mà còn trở thành mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người, như chứng kiến ​​của đại dịch COVID-19, vì 3/4 các bệnh truyền nhiễm đang nổi lên là do lây truyền từ động vật, theo Hoa Kỳ. Chương trình Môi trường Quốc gia.

----

Next-generation Lidar: Seeing the Forest Through the Trees
A major advantage of lidar technology is its ability to penetrate thick vegetation such as forest canopies to gather surface elevation data and detect objects hidden to the human eye or other electro-optical methods—objects such as concealed buildings, roads, or weapons.  

Photogrammetric techniques, by contrast, cannot discern objects obscured by vegetation. Photogrammetry is only able to create elevation models based on two-dimensional images and is unable to see through dense forest or brush.

Lidar, of course, does not actually see through vegetation.  Rather, it sees through holes in the foliage. Some of the multiple laser pulses it emits simply find openings between leaves and branches, in much the same way that sunlight filters through the forest canopy, continuing down to the ground.

The problem with traditional linear-mode lidar, however, is that some pulses do hit leaves and branches. These pulses can either break into multiple return signals or overpower the fainter signals from light that does find openings and make back. For this reason, measurements of objects hidden beneath foliage have been difficult to acquire using traditional linear-mode lidar.
Next-Generation Geiger-mode Lidar
Today’s next-generation Geiger-mode lidar, however, is changing that. In contrast to traditional Linear-mode lidar, Geiger-mode lidar uses a photodiode array to flood an area with infrared light. Each diode in the array is sensitive enough to detect a single photon reflected from the illuminated area. The array is mounted on a scanner that rotates at an angle to create a cone-shaped field of view.
This results in a circular ground field of view rather than a line as with linear-mode lidar. As the scanner rotates, the photodiode array flashes up to 50,000 times every second and takes 4,096 measurements per flash from multiple angles, equating to 205 million samples per second. As a result, each square meter of terrain can be sampled thousands of times in a single over-flight. 

Geiger-mode’s high density and multi-angle looks offer a better chance of seeing through foliage. Even with significant occlusion of objects beneath the canopy, detailed extraction of their features is possible with Geiger-mode lidar.

Geiger-mode lidar, developed by L3Harris Corporation in conjunction with Lincoln Laboratories at MIT, relies only on a single photon returning to the detector to measure distance to the ground. This provides a significant advantage over linear-mode lidar, which requires the return of thousands of photons. Linear-mode lidar requires a much higher-powered laser to be flown at a lower altitude and slower speed. Geiger-mode lidar, on the other hand, can be flown faster and at a higher altitude, allowing it to see more of the earth below and collect more at a time.

The ability to see through forest canopy and to conduct wide-area collection faster and more efficiently can be a boon in locating illegal drug farms or in combatting the multi-billion dollar illicit global trade in wildlife and the international crime syndicates and terrorist groups that utilize this trade as a low-risk source of income to finance their operations.

The illicit global wildlife trade has not only led to unprecedented biodiversity loss but has also become a serious a threat to human health, as witnessed by the COVID-19 pandemic, since three-quarters of all emerging infectious diseases are zoonotic, according to the United Nations Environment Programme.

Geolink tổng hợp từ Gislounge

Bình luận

VIẾT BÌNH LUẬN CỦA BẠN:

popup

Số lượng:

Tổng tiền: