Was ist Lidar und wie funktioniert es?
In dem einen oder anderen Kontext sind Sie wahrscheinlich auf den Begriff "LiDAR" in einer seiner vielen Formen gestoßen. Insbesondere werben viele neuere Generationen von Mobiltelefonen für ihre LiDAR-Fähigkeit.
Unabhängig davon, ob Sie entscheiden, ob die LiDAR-Technologie bei Ihrem nächsten Smartphone-Kauf berücksichtigt werden soll oder nur Teil des Gesprächs sein möchte, lohnt es sich, sich die Zeit zu nehmen, um diese bevorstehende Technologie zu verstehen.
Was ist LiDAR?
Abhängig von der Quelle, die Sie betrachten, wird möglicherweise "LiDAR" mit einer beliebigen Kombination aus Groß- und Kleinbuchstaben angezeigt, die von Großbuchstaben bis zu Großbuchstaben reicht. Es wird jedoch groß geschrieben und steht für " Lichterkennung und -entfernung ".
Die Lichterkennung und -entfernung ist eine Methode, bei der gepulstes Licht verwendet wird, um Entfernungsunterschiede zwischen dem LiDAR-Sensor und den nächstgelegenen Objekten oder Ebenen zu erkennen. Ein LiDAR-Sensor besteht aus einem LiDAR-Laser, einem LiDAR-Scanner und einer GPS-Einheit. Bei LiDAR aus der Luft berücksichtigt ein zusätzliches Gerät den Winkel und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Der Laser sendet einen Lichtstoß aus, der von einem Objekt reflektiert wird. Das reflektierte Licht wird dann vom Scanner gesammelt. Diese Informationen werden dann mit Messwerten von der GPS-Einheit kontextualisiert, die die Position des LiDAR-Detektors selbst aufzeichnet.
Die grundlegende Mathematik benötigt die Zeit, die das Signal benötigt, um vom Laser zurück zum LiDAR-Scanner zu gelangen, multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit. Diese Zahl wird dann durch zwei geteilt, da das Licht vom Scanner zum Objekt und zurück gehen musste, sodass die zurückgelegte Gesamtstrecke doppelt so groß ist wie die tatsächliche Entfernung vom Scanner zum Objekt oder zur Ebene.
Wofür wird LiDAR verwendet?
Abhängig von der Anwendung kann ein einzelner Datenpunkt aus dieser Gleichung verwendet werden, oder ganze Sätze von Datenpunkten können zusammen in "Punktwolken" verwendet werden. Diese Sätze von Datenpunkten können verwendet werden, um Karten oder 3D-Bilder von Objekten zu erstellen.
Mobile LiDAR-Anwendungen
Einige der grundlegendsten LiDAR-Anwendungen erfordern möglicherweise einen einzelnen Datenpunkt vom oben genannten Speicherort. Beispielsweise kann die Measure-App auf LiDAR-fähigen Apple-Geräten einen einzelnen LiDAR-Datenwert verwenden, um die Entfernung zu bestimmen. Es kann auch mehr Messwerte für ganze Objekte und Personen verwenden, um beispielsweise die Größe einer Person zu bestimmen.
LiDAR-Daten können auch verwendet werden, um digitale Repliken physischer Objekte zu erstellen oder um digitale Modelle für Augmented-Reality-Anwendungen glaubwürdiger zu machen. Die Verwendung von Messwerten zur Erfassung der Tiefe in der Umgebung eines Benutzers und die entsprechende Platzierung digitaler Modelle ist ein wichtiges Verkaufsargument für Apple bei seinen ARKit-fähigen Geräten.
Es stimmt, dass AR-Anwendungen bereits für nicht LiDAR-fähige Geräte existieren. Das AR-Element wird jedoch normalerweise einfach vor der Kamera des Benutzers platziert. Es kann schwierig sein, diese Elemente näher an den Bildschirm oder weiter vom Bildschirm weg zu bewegen. Wenn sich etwas zwischen der Kamera und dem Ort bewegt, an dem sich das Element befinden soll, wird die Illusion zerstört.
Die Fähigkeit, ein AR-Element hinter physischen Objekten zu platzieren oder physische Objekte zwischen der Kamera und dem Ort, an dem das AR-Element erscheinen soll, passieren zu lassen, wird als "Objektokklusion" bezeichnet. Ohne eine zuverlässige Möglichkeit für das mobile Gerät, die Tiefe zu verstehen, ist eine Objektokklusion nicht möglich.
Einige der Hauptanwendungen für Okklusion sind interaktivere AR-Anprobe, amüsantere Instagram-Filter und eindringlichere AR-Spiele. Dies sind natürlich nur LiDAR-Anwendungen, die Sie auf einem Smartphone ausführen können. Die meisten LiDAR-Anwendungen sind etwas größer.
Große LiDAR-Anwendungen
LiDAR-Daten können auch von Hubschraubern, Flugzeugen und sogar Satelliten erfasst werden. Organisationen wie NOAA verwenden diese Art von Informationen, um detaillierte und hochpräzise topografische Karten zu erstellen. Diese Karten können in den Bereichen Biologie, Geo- und Wetterwissenschaften, Bauwesen und Katastrophenhilfe verwendet werden.
Außerdem erkennt LiDAR nicht nur, wie weit ein Objekt entfernt ist. Da Licht durch Objekte unterschiedlicher Dichte wandern kann, kann LiDAR verwendet werden, um die Zusammensetzung von Objekten und Gelände besser zu verstehen.
Manchmal können wir mit LiDAR sogar Objekte sehen, die wir sonst nicht sehen könnten. NOAA und Gruppen wie das National Ecological Observatory Network verwenden diese Daten, um Gebiete unter Wasser oder sogar unter Vegetation zu kartieren.
Es gibt auch einen großen Antrieb in der Archäologie, LiDAR-Mapping zu verwenden. Die Fähigkeit von LiDAR, verschiedene Materialien zu "durchschauen", hat bereits zur Entdeckung verlorener historischer Stätten in dichten Wäldern oder unter den Wellen geführt.
Es gibt tatsächlich zwei verschiedene Arten von LiDAR. Topografisches LiDAR ist die gebräuchlichste Art, die in den meisten bisher diskutierten Anwendungen verwendet wird. Bathymetrisches LiDAR funktioniert auf ähnliche Weise, verwendet jedoch grünes Licht anstelle von nahem Infrarotlicht und wird speziell zum Eindringen von Wasser verwendet.
Wie jeder die Tiefenmessung verwenden kann
Wenn Sie selbst mit LiDAR experimentieren möchten, können Sie dies tun. LiDAR ist mit dem iPad Pro 12,9 Zoll (4. Generation und höher), dem iPad Pro 11 Zoll (2. Generation und höher), dem iPhone 12 Pro und dem iPhone 12 Pro Max ausgestattet . Auf dem Samsung Galaxy S20 Ultra ist auch eine Art LiDAR verfügbar.
Sie können auch LiDAR-Scanner kaufen. Single-Point-Modelle können unter 100 US-Dollar kosten, wobei robustere Modelle in die Tausende gehen.
Android-Benutzer fühlen sich an dieser Stelle möglicherweise ausgeschlossen. Es ist wahr, dass Android ARCore keine Antwort auf Apples LiDAR-Angebote bietet. Google kündigte jedoch eine Tiefen-API an, die die Kamera und andere Sensoren anstelle eines LiDAR-Systems verwendet, um Tiefe und Okklusion zu bieten.
Es besteht zwar Raum für Skepsis, dass die Tiefen-API zumindest in früheren Ausgaben genauso effektiv sein wird wie LiDAR, sie macht jedoch viele der gleichen Versprechen zu geringeren Kosten für die Verbraucher. Die API wird auf Handys enthalten sein, die mit dem Galaxy Note 10+ und dem Galaxy S20 Ultra beginnen.
LiDAR in der Zukunft der Spatial Tech
Während LiDAR derzeit nur begrenzte Anwendungsfälle zu haben scheint, ist es möglicherweise eine der wichtigsten Technologien der kommenden Jahrzehnte. Mit zunehmender Verbreitung und Robustheit der räumlichen Technologie wird die Fähigkeit, Objekte und Kartenräume genau zu modellieren, immer wichtiger.
Genau wie Archäologen LiDAR verwenden möchten, um vergessene Städte zu entdecken, möchten Gruppen wie Augmented.City digitale Karten bestehender Städte erstellen, die eines Tages dazu beitragen könnten, alles von Mixed-Reality-Brillen bis hin zu autonomen Fahrzeugen mit Strom zu versorgen.
Haben Sie eine Verwendung für LiDAR in Ihrem Leben?
LiDAR kann verrückt aussehen und verrückter klingen. Da es gerade erst in den Verbraucherbereich gelangt, ist es selbstverständlich, dass auf ungewohnte Weise darüber gesprochen wird. Die Technologie gibt es jedoch schon eine ganze Weile.
Während die Anwendungen der LiDAR-Technologie sehr unterschiedlich sein können, wird im Kern lediglich die Entfernung von einem Gerät zu einem Objekt bestimmt. Die meisten Benutzer werden es wahrscheinlich nur in Social-Media-Filtern verwenden. Aber es tut nicht weh, es zu verstehen.
Bildnachweis: Apple