LiDAR 2D và LiDAR 3D đều là những công nghệ cảm biến sử dụng laser để đo khoảng cách và nhận biết môi trường. Tuy nhiên, hai loại LiDAR này có sự khác biệt đáng kể về cách quét, dữ liệu đầu ra, trường nhìn, mật độ điểm, khả năng nhận thức không gian và ứng dụng thực tế.

Đối với các hệ thống AGV, AMR, robot tự hành, Smart Factory và tự động hóa công nghiệp, lựa chọn LiDAR 2D hay LiDAR 3D không đơn giản là chọn loại có nhiều thông số kỹ thuật hơn. Điều quan trọng là phải xác định bài toán mà cảm biến cần giải quyết.

Vậy LiDAR 2D là gì? LiDAR 3D là gì? LiDAR 2D khác LiDAR 3D như thế nào? Khi nào nên sử dụng LiDAR 2D và khi nào cần LiDAR 3D?

Hãy cùng HTG phân tích chi tiết.

LiDAR 2D là gì?

LiDAR 2D là loại cảm biến LiDAR thực hiện quét laser chủ yếu trên một mặt phẳng.

 

Dữ liệu thu được thường được biểu diễn dưới dạng tọa độ:

X – Y

Trong đó:

• X: vị trí theo phương ngang.
• Y: vị trí theo phương dọc trong mặt phẳng quét.

Thay vì tạo ra một mô hình không gian 3 chiều hoàn chỉnh, LiDAR 2D tập trung vào việc xác định khoảng cách và vị trí của vật thể trong một mặt phẳng nhất định.

Ví dụ, một LiDAR 2D được lắp ở phía trước AMR có thể quét khu vực phía trước robot để phát hiện:

• Tường.
• Pallet
• Người.
• Xe nâng.
• Máy móc.
• Chướng ngại vật.

Nếu một vật thể xuất hiện trong vùng quét, LiDAR có thể xác định khoảng cách và vị trí tương đối của vật thể so với robot.

Đây là lý do LiDAR 2D được sử dụng rộng rãi trong robot di động, AGV, AMR và các hệ thống tự động hóa trong nhà máy.

LiDAR 3D là gì?

LiDAR 3D mở rộng khả năng đo từ một mặt phẳng lên không gian ba chiều.

Dữ liệu có thể được biểu diễn theo:

X – Y – Z

Trong đó:

• X: vị trí theo chiều ngang.
• Y: vị trí theo chiều sâu.
• Z: độ cao.

Thay vì chỉ biết vật thể nằm ở đâu trên một mặt phẳng, hệ thống có thể nhận biết thêm chiều cao và cấu trúc không gian của vật thể.

Kết quả thường là một tập hợp rất lớn các điểm dữ liệu 3D, được gọi là:

Point Cloud – Đám mây điểm.

Mỗi điểm có thể chứa thông tin về tọa độ và tùy hệ thống có thể đi kèm cường độ phản xạ hoặc các dữ liệu khác.

Bạn có thể tìm hiểu sâu hơn về chủ đề này tại bài:

Point Cloud là gì? LiDAR tạo dữ liệu 3D như thế nào?

LiDAR 2D và LiDAR 3D khác nhau ở đâu?

Sự khác biệt quan trọng nhất nằm ở chiều dữ liệu mà cảm biến thu thập.

LiDAR 2D

Laser → Quét một mặt phẳng → Khoảng cách → Dữ liệu X-Y

LiDAR 3D

Laser → Quét nhiều hướng → Khoảng cách + góc → Dữ liệu X-Y-Z → Point Cloud

Có thể hình dung đơn giản:

LiDAR 2D giống như một “lát cắt” của môi trường.

Trong khi đó:

LiDAR 3D giống như xây dựng một “bức tranh không gian” của môi trường.

Chính sự khác biệt này quyết định ứng dụng của từng loại cảm biến.

Bảng so sánh LiDAR 2D và LiDAR 3D

Tiêu chí	LiDAR 2D	LiDAR 3D
Dữ liệu	2D	3D
Tọa độ	X-Y	X-Y-Z
Mặt phẳng quét	Chủ yếu một mặt phẳng	Nhiều mặt phẳng/không gian
Chiều cao vật thể	Hạn chế	Có thể xác định
Point Cloud 3D	Không phải đầu ra chính	Là dữ liệu quan trọng
Khối lượng dữ liệu	Thấp hơn	Cao hơn
Xử lý dữ liệu	Tương đối đơn giản	Phức tạp hơn
Mapping	Phù hợp	Rất phù hợp cho 3D Mapping
SLAM	Phổ biến	Có thể sử dụng
Robot di động	Rất phù hợp	Phù hợp
AMR/AGV	Rất phổ biến	Tùy bài toán
3D Perception	Hạn chế	Mạnh
Nhận biết hình dạng 3D	Hạn chế	Tốt hơn
Chi phí hệ thống	Thường thấp hơn	Thường cao hơn
Yêu cầu xử lý	Thấp hơn	Cao hơn

Tuy nhiên, bảng trên chỉ mang tính định hướng. Hiệu năng thực tế phụ thuộc vào kiến trúc cảm biến, thuật toán, phần mềm và môi trường triển khai.

Nguyên lý hoạt động của LiDAR 2D

LiDAR 2D phát laser theo một mặt phẳng và liên tục thu nhận tín hiệu phản xạ.

Ví dụ robot đang di chuyển trên sàn nhà máy.

Cảm biến LiDAR được lắp phía trước robot.

Khi quét:

LiDAR → Laser → Vật thể → Tín hiệu phản hồi → Tính khoảng cách

Hệ thống thu được nhiều điểm khoảng cách theo các góc khác nhau.

Từ đó có thể xây dựng một bản đồ 2D xung quanh robot.

Dữ liệu này có thể được sử dụng để:

• Xác định vị trí.
• Phát hiện vật cản.
• Mapping
• Localization
• Navigation
• Tránh va chạm.

Đối với một AMR hoạt động trong môi trường tương đối ổn định, đây có thể là phương án cảm biến rất hiệu quả.

Nguyên lý hoạt động của LiDAR 3D

LiDAR 3D thực hiện việc thu thập dữ liệu trong không gian rộng hơn.

Thay vì chỉ có một mặt phẳng quét, cảm biến có thể thu nhận dữ liệu theo nhiều góc khác nhau.

Mỗi phép đo có thể xác định:

• Khoảng cách.
• Góc ngang.
• Góc dọc.

Sau đó hệ thống chuyển đổi thành tọa độ:

X – Y – Z

Khi số lượng điểm tăng lên, dữ liệu tạo thành:

3D Point Cloud

Từ đây, phần mềm có thể tiếp tục thực hiện:

• Point Cloud Processing.
• Filtering
• Segmentation
• Object Detection.
• Mapping
• Localization
• 3D Perception.

Điều này giúp hệ thống có khả năng nhận biết môi trường chi tiết hơn.

Khi nào nên sử dụng LiDAR 2D?

LiDAR 2D đặc biệt phù hợp khi bài toán yêu cầu:

1. Phát hiện vật cản

Robot chỉ cần biết phía trước có vật cản hay không và vật cản cách bao xa.

2. Navigation trong nhà

Đối với robot di chuyển trong nhà máy hoặc kho hàng có layout tương đối rõ ràng, LiDAR 2D có thể đáp ứng tốt bài toán định vị và điều hướng.

3. AGV

AGV cần phát hiện người, pallet hoặc vật cản trên tuyến đường.

LiDAR 2D có thể trở thành một thành phần quan trọng trong hệ thống cảm biến.

4. AMR

Nhiều AMR sử dụng LiDAR để hỗ trợ:

Mapping → Localization → Navigation → Obstacle Avoidance

5. Hệ thống yêu cầu dữ liệu đơn giản

Nếu ứng dụng không cần thông tin chiều cao hoặc mô hình 3D, sử dụng LiDAR 2D có thể giúp:

• Giảm lượng dữ liệu.
• Giảm yêu cầu xử lý.
• Đơn giản hóa hệ thống.
• Tối ưu chi phí.

Đây là nguyên tắc quan trọng:

Không phải ứng dụng nào cũng cần LiDAR 3D.

Khi nào nên sử dụng LiDAR 3D?

LiDAR 3D phù hợp hơn khi hệ thống cần nhận thức môi trường theo không gian.

1. 3D Perception

Robot cần nhận biết:

• Hình dạng.
• Chiều cao.
• Vị trí 3D.
• Khoảng cách.
• Cấu trúc không gian.

2. Robot tự hành

Đối với robot hoạt động trong môi trường phức tạp, dữ liệu 3D có thể giúp hệ thống hiểu môi trường tốt hơn.

3. Mapping 3D

Khi doanh nghiệp cần xây dựng bản đồ 3D hoặc mô hình không gian, LiDAR 3D là lựa chọn phù hợp.

4. Digital Twin

Dữ liệu LiDAR 3D có thể được sử dụng làm đầu vào cho quá trình số hóa môi trường thực tế.

5. Autonomous Driving

Các hệ thống tự hành cần nhận biết:

• Phương tiện.
• Người đi bộ.
• Chướng ngại vật.
• Cấu trúc đường.
• Môi trường xung quanh.

Dữ liệu 3D có thể đóng vai trò quan trọng trong bài toán này.

LiDAR 2D có thể làm SLAM không?

Có.

Đây là một điểm nhiều người mới tìm hiểu LiDAR thường nhầm lẫn.

SLAM không bắt buộc phải sử dụng LiDAR 3D.

2D LiDAR + SLAM là một cấu hình rất phổ biến trong robot di động.

Robot sử dụng dữ liệu quét 2D để:

1. Nhận biết đặc điểm môi trường.
2. Xây dựng bản đồ.
3. Xác định vị trí.
4. Cập nhật vị trí khi di chuyển.

Ví dụ:

LiDAR 2D → SLAM → 2D Map → Localization → Navigation

Trong khi đó:

LiDAR 3D → 3D SLAM → 3D Map → 3D Localization → Navigation

Việc lựa chọn cấu hình nào phụ thuộc vào yêu cầu thực tế của robot.

LiDAR 2D có nhược điểm gì?

LiDAR 2D có ưu điểm về sự đơn giản và hiệu quả, nhưng cũng có giới hạn.

Do dữ liệu được thu thập chủ yếu trên một mặt phẳng, cảm biến có thể gặp khó khăn khi vật thể nằm ngoài mặt phẳng quét.

Ví dụ:

Một pallet có cấu trúc đặc biệt.

Nếu mặt phẳng quét của LiDAR đi qua khoảng trống, cảm biến có thể không nhận biết đầy đủ cấu trúc của pallet.

Hoặc một vật thể có chiều cao khác biệt nhưng không nằm trong vùng quét, hệ thống có thể không có đủ thông tin để phân tích.

Đây là lúc LiDAR 3D có lợi thế.

LiDAR 3D có phải lúc nào cũng tốt hơn LiDAR 2D?

Không.

Đây là điểm HTG đặc biệt lưu ý khi tư vấn giải pháp.

LiDAR 3D cung cấp nhiều dữ liệu hơn, nhưng điều đó cũng đồng nghĩa với:

• Dữ liệu lớn hơn.
• Yêu cầu xử lý cao hơn.
• Thuật toán phức tạp hơn.
• Hệ thống tích hợp có thể phức tạp hơn.
• Chi phí có thể cao hơn.

Nếu một AGV chỉ cần phát hiện vật cản trên một mặt phẳng thì việc sử dụng một hệ thống 3D phức tạp có thể không cần thiết.

Ngược lại, nếu robot cần nhận thức đầy đủ môi trường 3D thì LiDAR 2D có thể không đáp ứng được yêu cầu.

Do đó:

LiDAR tốt nhất không phải là LiDAR có nhiều thông số nhất, mà là LiDAR phù hợp nhất với bài toán.

LiDAR 2D hay LiDAR 3D cho AMR?

Đây là câu hỏi rất thực tế.

Chọn LiDAR 2D khi:

• AMR hoạt động trong nhà.
• Mặt sàn tương đối bằng phẳng.
• Môi trường có layout ổn định.
• Nhu cầu chính là navigation.
• Phát hiện vật cản trên mặt phẳng.
• Cần tối ưu chi phí.

Chọn LiDAR 3D khi:

• AMR cần nhận thức không gian 3D.
• Có nhiều vật thể ở các độ cao khác nhau.
• Môi trường phức tạp.
• Cần Point Cloud.
• Cần 3D Mapping.
• Cần 3D Perception.

Có thể kết hợp cả hai

Trong một số hệ thống, việc kết hợp nhiều cảm biến có thể mang lại hiệu quả tốt hơn:

LiDAR 2D + LiDAR 3D + Camera + IMU + AI

Mỗi cảm biến đảm nhiệm một nhiệm vụ.

Đây là hướng tiếp cận Sensor Fusion.

LiDAR 2D hay 3D cho AGV?

Đối với AGV trong nhà máy, lựa chọn phụ thuộc vào thiết kế hệ thống.

Nếu AGV chạy trên tuyến đường xác định và cần phát hiện vật cản phía trước, LiDAR 2D có thể là lựa chọn hợp lý.

Nếu AGV cần nhận biết môi trường phức tạp, xác định vật thể theo chiều cao hoặc cần dữ liệu 3D, LiDAR 3D sẽ có lợi thế hơn.

Do đó, trước khi chọn cảm biến cần xác định:

• Tốc độ AGV.
• Khoảng cách phát hiện.
• Vật thể cần phát hiện.
• Chiều cao vật thể.
• Môi trường.
• Yêu cầu an toàn.
• Kiến trúc điều khiển.

7 thông số quan trọng khi chọn LiDAR 2D và 3D

Không nên lựa chọn LiDAR chỉ dựa trên giá.

1. Detection Range

Cảm biến cần phát hiện vật thể ở khoảng cách bao xa?

2. Field of View – FOV

Cần quan sát bao nhiêu độ?

3. Angular Resolution

Khả năng phân biệt các vật thể ở các góc gần nhau.

4. Scan Rate

Robot càng di chuyển nhanh càng cần khả năng cập nhật dữ liệu phù hợp.

5. Point Density

Đặc biệt quan trọng với LiDAR 3D và các bài toán Point Cloud.

6. Accuracy

Độ chính xác cần phù hợp với yêu cầu:

7. Communication & Integration

Cần kiểm tra khả năng kết nối với:

• Robot Controller.
• Edge Computer.
• AI Platform.

Một LiDAR có thông số tốt nhưng khó tích hợp vẫn có thể trở thành “điểm nghẽn” của cả dự án.

LSLiDAR và bài toán lựa chọn cảm biến LiDAR

Đối với các dự án LiDAR, HTG tập trung vào việc xác định bài toán ứng dụng trước khi lựa chọn model cảm biến.

LSLiDAR phát triển các giải pháp LiDAR phục vụ nhiều lĩnh vực như:

• Autonomous Systems.
• Intelligent Transportation.
• Industrial Applications.

Tùy từng bài toán, doanh nghiệp có thể cần LiDAR với những yêu cầu khác nhau về:

Range → FOV → Resolution → Scan Rate → Accuracy → Point Density → Interface

Vì vậy, quá trình lựa chọn nên bắt đầu từ:

Ứng dụng → Yêu cầu kỹ thuật → Kiến trúc hệ thống → Model LiDAR

thay vì:

Model LiDAR → tìm cách ứng dụng.

Đây là khác biệt quan trọng giữa mua thiết bị và xây dựng giải pháp.

Bảng lựa chọn nhanh LiDAR 2D và LiDAR 3D

Bài toán	LiDAR phù hợp
Phát hiện vật cản đơn giản	LiDAR 2D
AGV trong nhà	LiDAR 2D
AMR trong môi trường ổn định	LiDAR 2D
Navigation 2D	LiDAR 2D
SLAM 2D	LiDAR 2D
3D Mapping	LiDAR 3D
Point Cloud	LiDAR 3D
3D Perception	LiDAR 3D
Robot tự hành phức tạp	LiDAR 3D
Digital Twin	LiDAR 3D
Autonomous Driving	LiDAR 3D
Sensor Fusion	2D + 3D + Camera

Kết luận: LiDAR 2D hay LiDAR 3D?

LiDAR 2D và LiDAR 3D không phải hai công nghệ để lựa chọn theo kiểu “cái nào cao cấp hơn”.

Chúng phục vụ những nhu cầu khác nhau.

LiDAR 2D phù hợp với các bài toán cần:

Khoảng cách + vị trí trên mặt phẳng + navigation + obstacle detection

Trong khi LiDAR 3D phù hợp với:

Không gian 3D + Point Cloud + 3D Perception + Mapping + Autonomous

Với nhà máy, kho hàng và robot di động, lựa chọn đúng cần dựa trên:

Robot → Môi trường → Tốc độ → Vật thể → Khoảng cách → FOV → Dữ liệu → Thuật toán → Hệ thống điều khiển.

Và trong nhiều trường hợp, câu trả lời không phải LiDAR 2D hoặc LiDAR 3D, mà là một hệ thống kết hợp nhiều cảm biến để đạt được khả năng nhận thức môi trường tốt nhất.

FAQ – LiDAR 2D và LiDAR 3D

LiDAR 2D là gì?

LiDAR 2D là cảm biến laser quét chủ yếu trên một mặt phẳng và tạo dữ liệu khoảng cách theo không gian 2D.

LiDAR 3D là gì?

LiDAR 3D thu thập dữ liệu không gian theo ba chiều X, Y, Z và có thể tạo Point Cloud 3D.

LiDAR 2D có làm SLAM được không?

Có. LiDAR 2D được sử dụng phổ biến trong các hệ thống 2D SLAM cho robot di động.

LiDAR 3D có tốt hơn LiDAR 2D không?

Không phải trong mọi trường hợp. LiDAR 3D cung cấp nhiều thông tin hơn nhưng thường yêu cầu xử lý dữ liệu và tích hợp phức tạp hơn.

AMR nên dùng LiDAR 2D hay 3D?

Phụ thuộc môi trường và yêu cầu. AMR trong môi trường ổn định có thể sử dụng LiDAR 2D; AMR cần nhận thức không gian 3D có thể cần LiDAR 3D.

LiDAR 2D có thể phát hiện người không?

Có thể, nếu người nằm trong vùng quét và đáp ứng điều kiện phát hiện của cảm biến. Tuy nhiên, bài toán an toàn cần được thiết kế theo yêu cầu cụ thể của hệ thống.

LiDAR 3D tạo dữ liệu gì?

LiDAR 3D thường tạo dữ liệu không gian 3D, trong đó Point Cloud là một dạng dữ liệu quan trọng.

Bạn đang cần LiDAR 2D hay LiDAR 3D cho hệ thống của mình?

Đừng chỉ chọn LiDAR theo tầm quét hoặc giá thành.

HTG có thể hỗ trợ doanh nghiệp phân tích bài toán thực tế và lựa chọn giải pháp LiDAR phù hợp cho:

AMR | AGV | Robot tự hành | Smart Factory | Mapping | 3D Perception | Automation

Từ yêu cầu ứng dụng, HTG cùng khách hàng xác định:

Môi trường → Tầm quét → FOV → Resolution → Scan Rate → Accuracy → Point Cloud → Giao tiếp → Khả năng tích hợp

CÔNG TY CP GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CAO HTG

“Lắng nghe sản phẩm – Thấu hiểu giải pháp – Đáp ứng dịch vụ”

Hotline: 0777 818 292

Email: info@htg-group.com.vn

Website: htg-group.com.vn

Liên hệ HTG để được tư vấn lựa chọn LiDAR LSLiDAR phù hợp với từng bài toán tự động hóa và robot của doanh nghiệp.