LiDAR 2D vs 3D: Comparación de dos tecnologías de escaneado láser
Presentación del LiDAR 2D
Este artículo trata del Lidar 2D y 3D. Compararemos ambas tecnologías y explicaremos cómo funcionan, los diferentes resultados de cada una, y sus ventajas, limitaciones y casos de uso populares.
¿Qué es el LiDAR 2D y cómo funciona?
Esta tecnología de detección 2D utiliza la luz para medir distancias desde su fuente hasta un objetivo. Utilizando el tiempo que tarda la luz en chocar con el objetivo y volver al sensor, combinado con la velocidad de la luz, se mide con precisión la distancia al objetivo. El sensor suele montarse en una plataforma móvil, como un robot. Una plataforma estática también es opcional.
El proceso de emisión de impulsos, reflexión y detección de objetos se repite rápidamente en un área amplia, para percibir y detectar objetos y crear una representación 2D del área y de los objetos que hay en su interior. Un ejemplo de esto sería un plano 2D creado por un robot aspirador de tu casa, mostrando los contornos de las habitaciones individuales, y los diferentes objetos de su interior, pero sin ninguna información de altura. Aquí, los obstáculos aparecen como formas distintas o grupos de puntos en el mapa donde el rayo láser rebota en los objetos.
Un sensor LiDAR 2D suele utilizar un espejo o sensor giratorio para emitir impulsos láser a través de un ángulo único y fijo para capturar objetos en su entorno. Este sensor o espejo gira dentro de un plano horizontal o vertical para escanear a través de ese plano. Como el LiDAR 2D sólo escanea en un plano, se capturan datos de una sección transversal plana, horizontal o vertical del área.
En otro artículo encontrarás una explicación más detallada de cómo funciona el LiDAR. Encontrarás más información sobre las distintas formas en que el LiDAR mide las distancias en otro artículo.
¿Cuáles son los diferentes resultados del LiDAR 2D?
Aquí tienes un resumen de algunos de los resultados del LiDAR 2D:
– Nubes de puntos 2D: colección de medidas de distancia en un plano bidimensional. Un ejemplo es un mapa 2D de un espacio interior, como el plano de una planta con distintas habitaciones, que muestra diferentes objetos y paredes.
– Mapas 2D: El LiDAR es uno de los componentes del SLAM (localización y mapeo simultáneos), una tecnología para posicionar un objeto dentro de su entorno y crear un mapa para orientarse y moverse en él.
– Medidas de distancia desde el sensor a distintos objetos del entorno. Las mediciones de distancia y tamaño del LiDAR 2D permiten detectar obstáculos.
¿Quién utiliza LiDAR 2D?
Los robots utilizan LiDAR 2D para la navegación, la detección de obstáculos y la cartografía del entorno para moverse con seguridad en diversas aplicaciones:
– Fabricación: los robots navegan por complejas cadenas de montaje de forma autónoma, reduciendo la necesidad de intervención humana y agilizando los procesos de producción.
– Logística: los robots navegan por almacenes y centros de distribución para optimizar la gestión de inventarios y el cumplimiento de pedidos.
– Agricultura: los robots navegan de forma autónoma por los campos de cultivo y realizan la supervisión de los cultivos y la pulverización de precisión.
– Sanidad: los robots pueden recorrer los pasillos de los hospitales de forma segura para suministrar medicación o controlar a los pacientes.
Esta tecnología también se utiliza en aplicaciones de seguridad, como la detección de perímetros o el seguimiento de movimientos en zonas definidas. Otras aplicaciones del LiDAR 2D son los vehículos autónomos, los estudios fluviales, la modelización de la contaminación, la arqueología y la construcción de edificios.
¿Cuáles son las ventajas del LiDAR 2D?
Éstas son algunas de las ventajas del LiDAR 2D:
– Precisión: el LiDAR 2D detecta con precisión los obstáculos y planifica trayectorias óptimas.
– Velocidad/eficiencia: Los sensores LiDAR 2D son muy eficientes, con tiempos de respuesta rápidos. Utilizan LiDAR de una sola línea, que emite un haz láser de una sola línea por la fuente láser, lo que da como resultado una velocidad de exploración rápida, una gran resolución y una gran fiabilidad.
– Fiabilidad en diferentes condiciones ambientales: a diferencia de los sensores basados en la visión, el LiDAR funciona bien en diversas condiciones de iluminación, e incluso en la oscuridad. Esta fiabilidad aumenta su utilidad en distintos escenarios.
– Coste: los sensores LiDAR 2D suelen ser más asequibles que los LiDAR 3D.
Estos cuatro factores combinados explican por qué el LiDAR 2D se utiliza a menudo para la robótica en logística, donde operan sobre una superficie plana y la captura de datos en dos dimensiones es casi siempre suficiente. Aquí, los obstáculos relevantes y los puntos de navegación existen en el mismo plano, por lo que no se necesitan datos del plano vertical.
¿Cuáles son las limitaciones del LiDAR 2D?
Los dos principales inconvenientes del LiDAR 2D son la limitación de la información de profundidad y su utilidad en condiciones ambientales extremas.
– Información de profundidad limitada: el principal inconveniente del LiDAR 2D es la información de profundidad limitada. Las mediciones de profundidad en LiDAR 2D se refieren a la medición de la distancia a un objeto. Como el LiDAR 2D sólo escanea en un plano, sólo puede medir la profundidad dentro de ese plano. Esto significa que los objetos situados fuera del plano de exploración no serán detectados por el sensor, lo que puede limitar la aplicación del LiDAR 2D. Por ejemplo, un sensor LiDAR 2D montado en un robot orientado horizontalmente puede medir la distancia a objetos situados en el mismo plano horizontal, pero no detectará objetos situados por encima o por debajo de ese plano.
– Rendimiento limitado en condiciones ambientales como lluvia o niebla. Estos dispersan los rayos láser y afectan a la precisión de los datos. En otro artículo encontrarás un análisis más detallado sobre el LiDAR y su uso en distintas condiciones meteorológicas.
Presentación del LiDAR 3D
Ahora que ya sabemos qué es el LiDAR 2D y cómo se utiliza en la práctica, echaremos un vistazo al LiDAR 3D antes de compararlo con el LiDAR 2D.
¿Qué es el LiDAR 3D y cómo funciona?
Similar al LiDAR 2D, el LiDAR 3D utiliza láseres para medir distancias cronometrando el reflejo del rayo láser en las superficies. Repitiendo este proceso millones de veces se crea una nube de puntos 3D donde se almacenan todos los puntos 3D. Al generar millones de puntos de datos por segundo, los sistemas LiDAR 3D ofrecen datos cartográficos muy exactos, precisos y detallados. Un sistema de escaneado láser 3D captura y almacena directamente una nube de puntos 3D que constituye la base de los productos 3D derivados, incluidos mapas y modelos.
El LiDAR 3D se captura utilizando una plataforma estática o móvil sobre la que se monta el escáner. Las diferencias entre la exploración LiDAR móvil y la estática se explican en otro artículo. En otro artículo se explica cómo funcionan los escáneres LiDAR 3D. Los datos LiDAR 3D también pueden captarse desde el aire, lo que constituye una categoría totalmente distinta de escaneado LiDAR. Una plataforma popular para capturar LiDAR hoy en día es un dron, que se trata en otro artículo.
¿Cuáles son las ventajas del LiDAR 3D?
El LiDAR 3D tiene múltiples ventajas. Aquí tienes algunas de ellas:
– Alta precisión: el escaneado láser 3D da como resultado mediciones 3D exactas, lo que beneficia a las aplicaciones en las que importa la alta precisión.
– Captura rápida de datos: grandes volúmenes de datos puntuales capturados por segundo, para tiempos de respuesta rápidos y costes de proyecto más bajos.
– Versatilidad: El escaneado láser 3D puede aplicarse para capturar una amplia gama de objetos, texturas y materiales.
– Capturar una vez, utilizar a menudo: los datos capturados de la nube de puntos pueden utilizarse para obtener multitud de mapas y modelos.
Casos de uso de LiDAR 3D
Las aplicaciones que requieren la gran exactitud y precisión de los datos LiDAR 3D son las siguientes:
– Topografía y cartografía: se obtienen precisiones de nivel centimétrico utilizando LiDAR 3D y técnicas adicionales como PPK, RTK y puntos de control terrestre.
– MineríaLos cálculos volumétricos precisos de minas a cielo abierto son un caso de uso popular de los drones LiDAR.
– Construcción e ingenieríaSeguimiento de proyectos de construcción.
– Patrimonio digital y arqueología: El LiDAR 3D es una tecnología segura y sin contacto, por lo que los escáneres 3D no tienen que tocar el objeto escaneado. Esto la convierte en una tecnología ideal para captar objetos delicados o frágiles y lugares que los contengan, por ejemplo desde el aire mediante un sistema LiDAR de dron.
¿En qué se diferencia el LiDAR 3D del LiDAR 2D?
La principal diferencia entre ambos sistemas es que el segundo capta datos en tres dimensiones, mientras que el LiDAR 2D sólo capta datos en un único plano. Dicho de otro modo, el 3D emplea varios láseres en varios ángulos, lo que da lugar a mayores volúmenes de datos, pero también a más información sobre el entorno, ya que se cubre una mayor extensión de ese entorno con el escaneado láser 3D.
Esto quizá se explique mejor utilizando una métrica llamada Campo de visión (FoV), que expresa el área observable que un escáner láser puede capturar en 3D desde una determinada distancia. La principal diferencia entre un escáner láser 2D y 3D es el FoV vertical de un escáner láser 3D, que suele oscilar entre 30° y 90°, dependiendo de cuántas capas o planos pueda escanear el sensor. Para un escáner láser 2D, la cobertura horizontal suele ser de 180° a 360°, pero no hay exploración vertical: el escáner no puede captar información por encima o por debajo de ese plano.
Captar una mayor extensión tiene un precio, ya que los escáneres LiDAR 3D son más caros que los sensores 2D. Además de captar más datos y más precisos, también cubren mayores alcances que los sensores LiDAR 2D: hasta 200 metros, frente a los 40 metros que se alcanzan con los LiDAR 2D. Los sensores LiDAR 3D suelen integrarse en un sistema de escaneado con más hardware que un simple sensor: también se necesitan una IMU y un receptor GPS para capturar datos de posicionamiento precisos durante el escaneado. Esto hace que los escáneres láser 3D sean menos portátiles que los 2D, aunque los escáneres láser 3D son mejores para cartografiar entornos complejos y reconocer objetos móviles y estáticos que los escáneres 2D, ya que captan más datos y más precisos a su alrededor.
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Preguntas frecuentes
¿Qué industrias prefieren el LiDAR 2D al LiDAR 3D?
Las industrias que dependen de soluciones robóticas suelen preferir el LiDAR 2D al 3D, como la seguridad, la fabricación y la logística.
¿Cuáles son las ventajas del LiDAR 3D?
El LiDAR 3D captura grandes volúmenes de datos 3D precisos y exactos de forma rápida y segura. Los datos de la nube de puntos pueden capturarse una vez y utilizarse a menudo para diferentes entregas.
¿Cómo funciona el LiDAR 2D?
El LiDAR 2D es una tecnología de detección que utiliza la luz para medir distancias desde su fuente hasta un objetivo. El LiDAR 2D captura datos de una sección transversal plana, horizontal o vertical, de un área de interés, para producir una nube de puntos o mapa 2D.
¿Qué significa LiDAR 3D?
El LiDAR 3D captura el área circundante en 3D, mediante millones de láseres que se emiten en todas las direcciones alrededor del dispositivo de escaneado. Las mediciones de alcance resultantes se almacenan en una nube de puntos 3D, que muestra una representación tridimensional de un área de interés.
¿Cuál es la diferencia entre los sensores LiDAR 2D y 3D?
El LiDAR 2D capta menos información sobre el entorno que el LiDAR 3D, ya que no puede captar información por encima o por debajo del plano horizontal. Los datos resultantes también son de menor precisión y tienen un alcance de distancia inferior al de un sensor LiDAR 3D.
