Sensori laser 3D

Le tecnologie di rilevamento 3D tradizionali sono state importanti in molti settori per anni. Tuttavia, presentano problemi di prestazioni che ne limitano l'uso in alcune applicazioni. Queste limitazioni spesso riducono la loro precisione, specialmente in ambienti esigenti.

Una delle sfide principali è la necessità di misurare le distanze dagli oggetti all'interno di una scena con alta precisione. Per affrontare questo problema, i sistemi LiDAR e di scansione laser convenzionali utilizzano strategie specifiche di filtraggio della luce.

Ad esempio, possono basarsi su impulsi laser brevi e controllati o focalizzare i fotoni in un'unica direzione. Questi metodi aiutano a controllare la luce emessa e a migliorare alcuni aspetti delle prestazioni.

Sebbene queste strategie siano in qualche modo efficaci, presentano anche degli svantaggi. Possono ridurre la portata e abbassare la risoluzione delle misurazioni. Di conseguenza, le prestazioni complessive di questi sistemi sono insufficienti in applicazioni che richiedono sia il rilevamento a lungo raggio che dettagli fini.

Inoltre, questi compromessi limitano la loro capacità di adattarsi a compiti avanzati, come il monitoraggio di vaste aree o l'acquisizione di dettagli complessi.

Questa combinazione di sfide evidenzia la necessità di soluzioni nuove e innovative in grado di superare queste carenze e soddisfare le moderne esigenze del settore.

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Il sensore a circuito integrato fotonico di Ommatidia rivoluziona la vibrometria NDT

Il principale svantaggio di questi sistemi convenzionali risiede nella loro inefficienza fotonica. Limitando la luce emessa e ricevuta, solo un numero limitato di fotoni è disponibile per costruire un'immagine 3D.

Pertanto, i sensori LiDAR tradizionali spesso faticano a fornire contemporaneamente rilevamento a lungo raggio e imaging ad alta risoluzione. Questa sfida è un problema importante per i compiti che richiedono dettagli precisi su grandi distanze.

Gli esempi includono veicoli autonomi, osservazione satellitare e sistemi di misurazione avanzati. Questi sistemi di solito si basano sui laser, ma i loro design spesso sprecano fotoni, riducendone l'efficienza.

Ommatidia LiDAR risolve questi problemi con il suo innovativo sensore 3D Lightfield. Ispirato agli occhi composti degli insetti, questo sensore utilizza una serie di elementi fotosensibili per catturare la luce riflessa da diverse parti di una scena. Ogni elemento raccoglie dati da una sezione specifica e insieme creano un'immagine 3D dettagliata e accurata.

Ciò che distingue questo sensore è l'uso di circuiti integrati fotonici, che elaborano i dati luminosi in modo efficiente. Inoltre, il sensore funziona con laser NIR (vicino infrarosso) per migliorare la sua capacità di rilevare dettagli fini su lunghe distanze. Inoltre, combinando questi laser con circuiti ottici integrati, il sistema raggiunge sia una maggiore portata che una risoluzione più nitida.

Questo design unico cambia il modo in cui la luce viene catturata ed elaborata. Supera i limiti dei sistemi più vecchi fornendo al contempo numerosi chiari vantaggi. Per le applicazioni che richiedono precisione e affidabilità, il sensore 3D Lightfield è una svolta.

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Vibrometria laser Doppler

I test di rumore e vibrazione sono fondamentali in settori come l'automotive, l'aerospaziale e la produzione. I metodi tradizionali basati sul contatto, come gli accelerometri, forniscono dati utili ma presentano chiare limitazioni — possono alterare le dinamiche dell'oggetto o fallire in ambienti difficili.

La Vibrometria Laser Doppler (LDV) offre un'alternativa senza contatto, basandosi sull'effetto Doppler per misurare la velocità di movimento di una superficie. Questo effetto, in cui la frequenza di un'onda cambia con il movimento, consente agli ingegneri di analizzare le vibrazioni tracciando lievi spostamenti di frequenza nei raggi laser riflessi.

I moderni LDV a scansione ampliano questo principio. Combinando ottiche di precisione con scansioni rapide, possono mappare le vibrazioni su superfici complesse in tempo reale — senza toccare l'oggetto. Questo li rende strumenti essenziali in campi come il monitoraggio della salute strutturale, la diagnostica industriale e i test automobilistici.

Eppure, anche questi sistemi affrontano limiti di velocità, copertura e risoluzione quando analizzano strutture grandi o dinamiche. È qui che i sistemi Laser RADAR Q1 e Q2 di Ommatidia segnano un importante passo avanti. Integrando le tecnologie di misurazione parallela, interferometria e FMCW (Frequency-Modulated Continuous Wave), raggiungono una precisione e una produttività superiori. La loro capacità di acquisire dati di vibrazione densi da più punti contemporaneamente trasforma il modo in cui gli ingegneri valutano prestazioni, sicurezza e durabilità.

Questi progressi ridefiniscono l'analisi delle vibrazioni, rendendola più veloce, più precisa e più adattabile ad ambienti esigenti. In tal modo, i sistemi Q1 e Q2 di Ommatidia stabiliscono nuovi standard per i moderni test di rumore e vibrazione.

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Schematic of a basic Laser Doppler Vibrometer

Illuminazione continua ad ampia area

Il sensore 3D Lightfield di Ommatidia si distingue per la sua capacità di utilizzare un'illuminazione continua e ad ampia area su tutta la scena. A differenza dei sistemi tradizionali che si basano su impulsi stretti o fasci focalizzati, questo approccio copre vaste aree in un'unica acquisizione.

Eliminando la necessità di filtrare o limitare la luce emessa, questo metodo garantisce che più fotoni siano disponibili per la misurazione. Di conseguenza, il sensore cattura informazioni dettagliate e accurate sull'intera scena, migliorando sia la portata che la risoluzione.

Uso sicuro dell'illuminazione ad alta potenza

L'illuminazione ad alta potenza è fondamentale per ottenere il rilevamento a lungo raggio e il rilevamento 3D ad alta risoluzione, ma spesso comporta rischi per la sicurezza, specialmente per gli occhi umani o materiali sensibili.

Tuttavia, l'architettura del sensore 3D Lightfield di Ommatidia mitiga questi rischi consentendo di distribuire la potenza ottica su un'ampia gamma angolare e area, rendendo possibile l'uso sicuro di un'illuminazione a maggiore potenza per la prima volta nell'imaging 3D. Questa innovazione consente al sensore di raggiungere portate di rilevamento molto maggiori e immagini più chiare senza compromettere gli standard di sicurezza.

Ispirato alla natura: un'architettura bio-ispirata

Traendo ispirazione dagli occhi composti degli insetti, che possono vedere con incredibile velocità e precisione, la tecnologia di Ommatidia è progettata per replicare la capacità di campionamento multi-vista di questi sistemi naturali. Ogni singolo elemento sensore agisce come un piccolo “occhio”, raccogliendo dati da un'angolazione leggermente diversa.

Insieme, questi elementi formano un campo luminoso completo che può essere analizzato per generare un'immagine 3D completa. Questo approccio multi-campionamento migliora notevolmente la risoluzione spaziale e la percezione della profondità, rendendolo una soluzione ideale per applicazioni che richiedono un'imaging 3D rapido e accurato.

Applicazioni e vantaggi

Il sensore 3D Lightfield rappresenta un significativo passo avanti per le industrie che richiedono imaging 3D accurato, ad alta risoluzione e a lungo raggio. I suoi vantaggi sono particolarmente cruciali in campi come la navigazione autonoma o la robotica, dove la percezione della profondità in tempo reale è essenziale per un funzionamento sicuro.

Inoltre, per la metrologia e il monitoraggio della salute strutturale, la capacità del sensore di fornire misurazioni dettagliate e accurate senza le limitazioni dei sistemi di scansione laser tradizionali apre nuove possibilità per l'ingegneria di precisione e l'ispezione.

Telemetria FMCW

Un elemento chiave che migliora le capacità del sensore 3D Lightfield di Ommatidia è l'uso della tecnologia di telemetria a onda continua modulata in frequenza (FMCW). A differenza dei sistemi LiDAR tradizionali time-of-flight (ToF) che misurano la distanza cronometrando il ritorno degli impulsi luminosi, la tecnologia FMCW utilizza un approccio diverso per ottenere misurazioni precise della distanza.

Emettendo un'onda luminosa continua che varia in frequenza e analizzando quindi lo spostamento di frequenza dell'onda riflessa, la telemetria FMCW consente sia la misurazione accurata della distanza che il rilevamento della velocità in un unico passaggio.

Precisione e risoluzione migliorate

Questo metodo offre molteplici vantaggi al processo di imaging 3D. In primo luogo, la telemetria FMCW fornisce una precisione estremamente elevata, consentendo misurazioni precise anche su distanze maggiori. Poiché il sistema emette e misura continuamente onde luminose, raggiunge un elevato rapporto segnale/rumore, portando a una migliore risoluzione e chiarezza dei dati 3D.

Ciò rende il sensore di Ommatidia particolarmente efficace in applicazioni che richiedono mappature dettagliate, come la metrologia satellitare o il monitoraggio avanzato della salute strutturale.

Prestazioni superiori in condizioni difficili

La tecnologia FMCW offre anche prestazioni migliorate in ambienti difficili dove i sistemi LiDAR tradizionali spesso faticano. Ad esempio, in scene con forte luce ambientale o superfici altamente riflettenti, la telemetria FMCW mantiene la sua precisione, garantendo risultati accurati senza essere influenzata dalle interferenze.

Inoltre, la capacità di rilevare sia la distanza che la velocità in un unico passaggio apre nuove possibilità per applicazioni che richiedono analisi del movimento in tempo reale, come la navigazione autonoma e la rapida valutazione ambientale.

Combinazione di FMCW con design bio-ispirato

Integrando la telemetria FMCW con il suo design del sensore bio-ispirato, il sensore 3D Lightfield di Ommatidia raggiunge livelli eccezionali di precisione, portata e affidabilità. Questa combinazione migliora la capacità del sensore di creare immagini 3D dense e dettagliate e ne amplia l'applicazione in tutti i settori, dall'osservazione satellitare alla produzione di alta precisione.

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