Lidar-Sensoren ermöglichen eine dreidimensionale Erfassung der Umwelt und sind für automatisiertes Fahren (neben Kamera und Radar) erforderlich.

Lidar-Sensoren ermöglichen eine dreidimensionale Erfassung der Umwelt und sind für automatisiertes Fahren (neben Kamera und Radar) erforderlich. (Bild: Leddartech)

Lidar ist die Abkürzung für "Light Detection and Ranging". Kurz gesagt, ist es eine Technologie, die Informationen über die Umgebung anhand von Laserstrahlen erfasst. Dazu senden Lidar-Systeme Laserstrahlen aus, die von Objekten in der Umgebung reflektiert werden. Anhand der reflektierten Strahlen lässt sich ein dreidimensionales Bild der Umgebung erstellen. Wie das genau funktioniert, welche Bedeutung die Technologie für das autonome Fahren hat, was das Ganze mit Tesla zu tun hat und wo es noch Anwendungsmöglichkeiten gibt, erfahren Sie in diesem Beitrag.

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FAQ zu Lidar

Was ist LiDAR?

LiDAR (Light Detection and Ranging) ist eine Methode zur Fernerkundung, die Laserlicht verwendet, um präzise Messungen der Entfernung und Form von Objekten zu erhalten. Durch das Aussenden von Laserstrahlen und das Messen der reflektierten Zeit kann die Entfernung zu Objekten bestimmt werden.

Was ist ein LiDAR-Sensor?

Ein LiDAR-Sensor ist ein Gerät, das die LiDAR-Technologie verwendet, um Entfernungen zu messen und 3D-Karten von Umgebungen zu erstellen. Diese Sensoren senden Laserstrahlen aus und messen die Zeit, die das reflektierte Licht benötigt, um zum Sensor zurückzukehren.

Wie funktioniert LiDAR?

LiDAR funktioniert, indem Laserstrahlen ausgesendet und die Zeit gemessen wird, die das reflektierte Licht benötigt, um zum Sensor zurückzukehren. Anhand dieser Zeit kann die Entfernung zum Objekt berechnet werden, was zur Erstellung detaillierter 3D-Modelle der Umgebung führt.

Was sind die Anwendungen der LiDAR-Technologie?

Die LiDAR-Technologie hat zahlreiche Anwendungen, darunter autonomes Fahren, Kartierung, Geologie und Architektur. Sie ermöglicht die Erstellung hochpräziser 3D-Modelle und genaue Entfernungsbestimmungen, was in vielen Bereichen von großer Bedeutung ist.

Wie unterscheiden sich LiDAR und Radar?

LiDAR und Radar sind beides Entfernungsmesssysteme, unterscheiden sich jedoch in der verwendeten Technologie. LiDAR nutzt Licht (Laser) zur Messung von Entfernungen, während Radar Funkwellen verwendet.

Was ist die Bedeutung von LiDAR?

Die Bedeutung von LiDAR liegt in seiner Fähigkeit, extrem genaue und detaillierte 3D-Modelle zu erstellen und Entfernungen präzise zu messen. Dies ist besonders wichtig in Bereichen wie autonomem Fahren, wo genaue Umgebungsinformationen unerlässlich sind.

Was umfasst ein LiDAR-System?

Ein LiDAR-System besteht aus mehreren Komponenten: einem Laser, einem Scanner und einem GPS-Empfänger. Diese Teile arbeiten zusammen, um präzise 3D-Daten der Umgebung zu erfassen.

 

 

 

Was ist Lidar und für was steht es?

Lidar ist die Abkürzung für Light Detection and Ranging und ist ein Laser-basierendes Sensor-System. Primär soll das System Entfernungen zu ruhenden und bewegten Objekten messen, aber auch durch besondere Verfahren dreidimensionale Bilder der erkannten Objekte liefern. Neben dem Sender (Laser) ist ein äußerst empfindlicher Empfänger (Sensor) erforderlich.

Wie funktioniert Lidar?

Lidar-Systeme beziehungsweise Lidar-Sensoren verwenden Laserstrahlen, die von einem Sender ausgesendet werden. Diese Laserstrahlen treffen auf Objekte in der Umgebung und werden von diesen reflektiert. Die reflektierten Strahlen werden von einem Empfänger aufgefangen.

Bei klassischen Time-of-Flight-(ToF) Lidar-Sensoren lässt sich aus dieser Laufzeit der Signale die Entfernung zum Objekt berechnen und diese Informationen in eine digitale 3D-Karte der Umgebung umwandeln. Bei FMCW-Lidars geschieht dies anhand der Frequenzverschiebung zwischen dem gesendeten und seinem Echosignal.

Funktionsprinzip eines ToF-Lidars
Funktionsprinzip eines ToF-Lidars: Ein Sender sendet ein Signal aus, das vom Objekt reflektiert wird. Aus der Zeitdifferenz zwischen Senden und Empfangen des Signals wird die Entfernung bestimmt. Ein solches Verfahren heißt Laufzeitverfahren (Time of Flight). (Bild: https://www.hdm-stuttgart.de/vfx/alumni/bamathesis/pdf_012/)

Was kostet ein Lidar?

Lidars haben sich von klobigen Sensoren, die auf dem Autodach rotieren und etwa 75.000 Euro kosten, zu moderneren Ansätzen entwickelt, die unter 1.000 Euro pro Stück kosten. Die gefallenen Kosten sind vor allem auf Fortschritte bei den Lasern und der Elektronik zurückzuführen. Allerdings können die Kosten für ein Lidar-System stark variieren, abhängig von der Komplexität des Systems, der Genauigkeit der Messungen und anderen Faktoren wie der Stückzahl und dem Hersteller. Im Allgemeinen sind Lidar-Systeme für industrielle Anwendungen, wie z.B. für den Einsatz in autonomen Fahrzeugen, teurer als solche für wissenschaftliche oder landwirtschaftliche Anwendungen. Ein einfaches Lidar-System für den Hobbybereich kann bereits für einige hundert Euro erworben werden, während professionelle Lidar-Systeme für autonome Fahrzeuge oder Vermessungszwecke oft deutlich teuer sind. Wie Lidar erschwinglich und automobiltauglich werden können.

Welche Arten von Lidar-Systemen gibt es?

LiDAR-Sensoren können je nach Plattform, zugrundeliegender Technologie und Funktionsweise in verschiedene Kategorien eingeteilt werden. Das folgende Diagramm zeigt die Hauptkategorien in Bezug auf die Plattformen.

Ein Diagramm, das die verschiedenen Typen von LiDAR (Light Detection and Ranging) Systemen zeigt. Es gibt zwei Hauptkategorien: Airborne und Terrestrial. Unter Airborne sind die Typen Bathymetric und Topological gelistet. Unter Terrestrial sind Mobile und
Dieses Diagramm zeigt deutlich: Es gibt nicht nur den "einen" Lidar (Bild: Blickfeld)

Diese Technologie kann in verschiedene Typen unterteilt werden, wobei die Hauptkategorien Airborne und Terrestrial LiDAR sind. Airborne LiDAR, das von Flugzeugen oder Drohnen aus eingesetzt wird, beinhaltet spezialisierte Typen wie Bathymetric LiDAR für Wasservermessungen und Topological LiDAR für die Erfassung von Landmerkmalen. Auf der anderen Seite steht Terrestrial LiDAR, das vom Boden aus betrieben wird. Es wird weiter in Mobile und Static LiDAR unterteilt. Mobile LiDAR-Systeme, die häufig auf Fahrzeugen montiert sind, können entweder als Solid-state, die für ihre Kompaktheit und Robustheit bekannt sind, oder als Mechanical, die eine bewegliche Mechanik für das Scannen verwenden, kategorisiert werden. Static LiDAR, auch bekannt als stationäres LiDAR, wird für Vermessungen eingesetzt, wo es auf einem festen Standpunkt bleibt.

Diese Tabelle zeigt die möglichen Einsatzgebiete von LiDAR

Bereich Anwendungen von LiDAR
Landwirtschaft Kartierung von landwirtschaftlichen Landschaften, Schätzung der Biomasse von Nutzpflanzen, Erkennung von Bodeneigenschaften, Steuerung autonomer landwirtschaftlicher Fahrzeuge.
Luft- und Raumfahrt und Verteidigung Geländekartierung, Zielverfolgung, Minenjagd, Bildgebung durch Wolken, Missionsplanung.
Automobilbranche Nutzung von 3D-LiDAR-Kartendaten für moderne Fahrerassistenzsysteme (ADAS) und autonome Fahrzeuge.
Luftfahrt Messung der Windgeschwindigkeit, Verfolgung von Flugzeugen und Fremdkörpern.
Bathymetrie Erstellung digitaler Höhenmodelle von Flachwasserreservoirs, Flüssen und Meeresböden, Erosionsmessung, Kartierung von Wildtierlebensräumen, Risikobewertung in Überschwemmungsgebieten.
Bauwesen Vermessung von Baustellen, Berechnung des Materialvolumens, Durchführung von Sicherheitsinspektionen, Erkennung möglicher Gefahren.
Energie Bewertung von Windressourcen, Öl- und Gasexploration, Vegetationsmanagement für die Instandhaltung von Stromleitungen.
Unterhaltung Abbildung von Umgebungen in Virtual-Reality- und Augmented-Reality-Anwendungen.
Forstwirtschaft Erstellung detaillierter topografischer Karten, Messung struktureller Merkmale von Bäumen, Vegetationsverwaltung, Überwachung und Eindämmung von Waldbränden.
Geologie und Bergbau Vermessung und Kartierung von Minen und Steinbrüchen, Arbeitssicherheit, Volumenmessungen.
Fertigung Erstellung von 3D-Modellen für die Fertigung, Qualitätskontrolle zur Erkennung von Anomalien und Mängeln.
Abbildung Erstellung digitaler Höhenmodelle, Kartierung von Straßen, Brücken und anderen geografischen und infrastrukturellen Gegebenheiten.
Vegetationsmanagement Scannen des Blätterdachs des Waldes, Überwachung der Vegetationsdichte, Arten und Gesundheit, Identifizierung risikoreicher Vegetation für Infrastrukturen.
Wettervorhersage Messung von Temperatur, Wolkenabdeckung, Windgeschwindigkeit, Luftdichte und Bereitstellung von Daten für Wettervorhersagemodelle.

Bei Lidar-Varianten gibt es aber noch weitere Möglichkeiten der Unterscheidung. Zum einen gibt es unterschiedliche Arten der Entfernungsbestimmung sowie unterschiedliche Bauweisen. Beginnen wir mit der Bauweise:

Die wichtigsten Arten von Lidar sind Spinning-, Scanning-, Flashing- und Solid-State-Lidar.

  • Spinning-Lidar ist eine ältere Technologie, bei der der Laserimpuls durch eine rotierende optische Komponente wie einem Spiegel oder Prisma abgelenkt wird, um die Umgebung zu scannen. Der Sensor dreht sich und scannt die Umgebung in einer bestimmten Entfernung und in einer horizontalen Ebene. Die Nachteile dieser Technologie sind ihre Größe und ihr Gewicht.
  • Scanning-Lidar funktioniert ähnlich wie Spinning-Lidar, aber anstatt sich zu drehen, wird der Laserstrahl mit Hilfe von Schrittmotoren oder Galvanometern in verschiedenen Richtungen bewegt. Dadurch kann der Sensor schnell 3D-Karten der Umgebung erstellen.
  • Flashing-Lidar oder Puls-Lidar nutzt kurze, intensive Laserblitze, um die Umgebung zu erfassen. Diese Technologie kann sehr hohe Auflösung erzielen und ist gut geeignet für Anwendungen wie die Erstellung von hochauflösenden 3D-Karten oder die Identifikation von Objekten in kurzer Entfernung.
  • Solid-State-Lidar haben keine beweglichen Teile und können somit um einiges kompakter gebaut werden können als konventionelle Lidar-Sensoren. Durch die fehlenden beweglichen Teile ist weniger Platz erforderlich, das Design ist einfacher und damit wird auch der Preis geringer. Zudem ist ein erschütterungsunempfindlicher Sensor langfristig zuverlässiger und kann einfacher verbaut werden.

Jede Art von Lidar-System hat ihre eigenen Vor- und Nachteile und wird für verschiedene Anwendungen eingesetzt. Spinning-Lidar-Systeme sind beispielsweise gut für die schnelle Abdeckung großer Bereiche geeignet, während Scanning-Lidar-Systeme präzise Messungen von Objekten in der Nähe durchführen können. Flashing-Lidar-Systeme eignen sich gut für die Vermessung und Kartierung von Gebieten.

Wie oben beschrieben, kann die Entfernung über die Ansätze Time-of-Flight (ToF) oder FMCW bestimmt werden. Doch auch bei ToF gibt es zwei Prinzipien:

  • dToF (direct Time-of-Flight) Lidar ist der einfachste Ansatz, der einen IR-Laserlichtpuls, einen Empfänger und einen Timer benötigt. Das Lidar-System sendet einen Puls aus, mit dem ein Timer gestartet wird. Sobald das Echo empfangen wird, stoppt der Timer, um die Laufzeit (ToF) zu bestimmen. Da die Lichtgeschwindigkeit bekannt ist, kann durch einfache Berechnungen die Entfernung zum Objekt genau bestimmt werden. Eine nützliche Funktion von dToF ist die Fähigkeit, mehrere Echos zu empfangen und somit mehrere Objekte zu erkennen. Die Technik ist sehr flexibel und genau über Entfernungen von wenigen Zentimetern bis zu mehreren hundert Metern.
  • Bei dem indirekten ToF-Lidar (iToF), sendet der Laser eine kontinuierliche Lichtwelle aus. Die Phase des ausgesendeten Strahls wird mit dem Echostrahl verglichen, um die Entfernung zu bestimmen. Obwohl iToF häufig eingesetzt wird, ist es auf kurze Entfernungen von bis zu zehn Metern beschränkt und kann nicht mehrere Objekte erfassen, da nur das stärkste Echo detektiert wird.

FMCW-Lidar (Frequency Modulated Continuous Wave) verwendet ebenfalls eine kontinuierliche Laserlichtwelle. Diese wird mit dem Echo gemischt und aus der resultierenden Schwebungsfrequenz kann die Entfernung des Objekts bestimmt werden. FMCW wird im Nah- und Fernbereich eingesetzt. Die größte Einschränkung sind jedoch (noch) die Kosten für den erforderlichen abstimmbaren Laser.

In Kürze: Was ist LIDAR, wofür steht es und was kann es?

LiDAR, kurz für "Light Detection and Ranging", ist eine fortschrittliche Sensortechnologie, die Laserstrahlen nutzt, um dreidimensionale Bilder der Umgebung zu erstellen. Diese Technologie ist eine wichtige Komponente für das automatisierte Fahren, indem sie eine präzise Erfassung der Umwelt ermöglicht. LiDAR-Systeme variieren in Typ und Anwendung, von luftgestützten bis zu terrestrischen Systemen, und können außer in autonomen Autos in vielen Bereichen wie der Raumfahrt, Landwirtschaft und Vermessung eingesetzt werden. Die Kosten für LiDAR-Systeme sind dank technologischer Fortschritte gesunken, wodurch sie zugänglicher geworden sind. Obwohl LiDAR zahlreiche Vorteile bietet, wie hohe Präzision und räumliche Auflösung, hat es auch Nachteile, wie hohe Kosten und Empfindlichkeit gegenüber Umgebungsbedingungen. Trotz Kritik an der Technologie, insbesondere von Elon Musk, der Kameras bevorzugt, bleibt LiDAR ein unverzichtbares Werkzeug für zahlreiche Anwendungen, von der Verbesserung der Sicherheit bei hohen Geschwindigkeiten bis hin zum Einsatz in mobilen Geräten und der Automatisierung. Auch Apple setzt als bisher einziger Smartphone Hersteller in seinen iPhones auf die Technologie.

Was LiDAR eigentlich ist

Woraus besteht ein Lidar-System?

Die beiden Hauptkomponenten eines Lidar-Systems sind der Laser und das Sensorelement. Beide spielen eine Rolle für die Leistungsfähigkeit des Systems, insbesondere für die Entfernung, über die Lidar erfolgreich betrieben werden kann. Da die Laserleistung durch IEC60825 begrenzt ist, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, spielt der Sensor eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit des Systems.

Silizium-Photomultiplier (SiPMs) haben aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit frühere Sensoren, die als Photodetektoren für Lidar verwendet wurden, wie Avalanche-Photodioden und PIN-Photodioden, ersetzt. Diese hochverstärkenden Sensoren sind temperaturstabil, können einzelne Lichtphotonen detektieren und bieten das höchste Signal-Rausch-Verhältnis. SiPMs werden in CMOS-Prozessen serienmäßig hergestellt, was zu sehr niedrigen Detektorkosten führt.

Die weiteren Komponenten sind

  • Steuergerät: Das Steuergerät koordiniert die Messungen und Datenverarbeitung des Lidar-Systems. Es verarbeitet die von den Empfängern empfangenen Signale und wandelt sie in präzise 3D-Karten der Umgebung um.
  • Scanner: Der Scanner ist verantwortlich für die Ausrichtung des Laserstrahls und die Abtastung der Umgebung. Er kann je nach System entweder mechanisch oder elektronisch betrieben werden.
  • GPS: Ein GPS-System wird beispielsweise bei der Landvermessung eingesetzt, um die Position des Lidar-Sensors genau zu bestimmen, damit die erstellten 3D-Karten georeferenziert werden können.

Neben den bereits beschriebenen Komponenten eines LiDAR-Systems, wie Laser und Sensorelement, besteht ein vollständiges LiDAR-System aus einer Laserquelle, einem Scanner und optischen Linsen. Die Laserquelle sendet Laserpulse aus, der Scanner lenkt das Licht auf die Szene und der Detektor nimmt das reflektierte Licht wieder auf. Diese Kombination ermöglicht es dem LiDAR-System, die Umgebung präzise in einem virtuellen 3D-Format abzubilden.

Ist Lidar gefährlich?

Lidar ist im Allgemeinen ungefährlich und kommt daher auch in vielen Anwendungen zum Einsatz. Lidar-Systeme verwenden in der Regel Laserstrahlen im unsichtbaren Infrarotbereich (850 bis 1.550 nm Wellenlänge) und sind so konzipiert, dass sie für Menschen und andere Lebewesen ungefährlich sind, da das menschliche Augen Spektren im Bereich von circa 400 bis 780 nm wahrnimmt.

Eine unsachgemäße Installation, Wartung oder Verwendung von Lidar-Systemen kann jedoch potenzielle Risiken bergen. Einige Lidar-Systeme können sehr hohe Leistungen erzeugen, die bei direktem Kontakt mit den Augen oder der Haut zu Verletzungen führen können. In der Regel sind Lidar-Systeme jedoch so konstruiert, dass sie den geltenden Sicherheitsstandards entsprechen und die Strahlung unterhalb der zulässigen Grenzwerte bleibt.

Was sind die Vor- und Nachteile von Lidar?

Lidar (Light Detection and Ranging) bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Technologien zur Erfassung und Ortung von Objekten in der Umgebung. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile von Lidar:

  • Hohe Präzision: Lidar-Systeme können sehr präzise Entfernungs- und Positionsmessungen durchführen, was sie ideal für Anwendungen wie autonome Fahrzeuge und Vermessungszwecke macht.
  • Hohe räumliche Auflösung: Lidar-Systeme verwenden Laserlichtimpulse, die sehr kurz und fokussiert sind, was zu einer höheren räumlichen Auflösung führt. Das bedeutet, dass Lidar-Systeme sehr detaillierte 3D-Karten der Umgebung erstellen können.
  • Vielseitigkeit: Lidar-Systeme können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich autonomes Fahren, Robotik, Vermessung, Archäologie und Umweltüberwachung.
  • Sicherheit: Lidar-Systeme können für die Erkennung von Hindernissen und für kollisionsvermeidende Systeme in Fahrzeugen eingesetzt werden, was die Sicherheit für Fahrer und Passagiere erhöht.
  • Effizienz: Lidar-Systeme können schneller und effizienter als andere Technologien arbeiten, was zu einer schnelleren Datenerfassung und -verarbeitung führt.

Wie bei vielen Techologien stehen diesen Vorteilen auch eine Reihe an Nachteilen gegenüber

Obwohl Lidar (Light Detection and Ranging) viele Vorteile bietet, gibt es auch einige Nachteile, die bei der Verwendung von Lidar-Systemen berücksichtigt werden müssen. Hier sind einige der wichtigsten Nachteile von Lidar:

  • Kosten: Lidar-Systeme können sehr teuer sein, insbesondere wenn sie für anspruchsvolle Anwendungen wie autonomes Fahren oder Vermessung eingesetzt werden. Im Vergleich dazu sind Kameras viel günstiger, was sie für viele Unternehmen zu einer erschwinglicheren Option macht.
  • Empfindlichkeit gegenüber Umgebungsbedingungen: Obwohl Lidar-Systeme unabhängig von Lichtverhältnissen arbeiten können, können sie durch Nebel, Rauch, Staub oder andere Partikel in der Luft beeinträchtigt werden.
  • Aufwändige Wartung: LiDAR erfordert eine sorgfältige Ausrichtung, um sicherzustellen, dass die 3D-Punktwolke genau ist, und es kann schwierig sein, diese Genauigkeit im Laufe der Zeit beizubehalten.
  • Größe und Gewicht: Lidar-Systeme können ziemlich groß und schwer sein, was ihre Verwendung in einigen Anwendungen einschränken kann.
  • Sichtlinienabhängigkeit: Lidar-Systeme sind auf eine klare Sichtlinie zwischen dem Sensor und dem Objekt angewiesen, um genaue Messungen durchzuführen. Wenn das Objekt von Hindernissen verdeckt wird, kann die Messung ungenau oder gar nicht möglich sein.
  • Energieverbrauch: Lidar-Systeme benötigen viel Energie, um Laserimpulse zu erzeugen und Daten zu verarbeiten, was den Energieverbrauch erhöht. Bei E-Autos kann sich das auf die Reichweite auswirken.

Was ist der Unterschied zwischen Lidar und Radar?

Kommen wir zuerst zu den Gemeinsamkeiten: Lidar (Light Detection and Ranging) und Radar (Radio Detection and Ranging) sind zwei Technologien zur Erfassung und Ortung von Objekten in der Umgebung. Beide Technologien basieren auf dem gleichen Prinzip, nämlich der Detektion von reflektierten Signalen, um die Entfernung und Position von Objekten zu bestimmen. Der Hauptunterschied zwischen Lidar und Radar liegt jedoch in der Art des ausgesendeten Signals.

Lidar verwendet wie beschrieben Laserlichtimpulse, um die Entfernung und Position von Objekten zu bestimmen. Radar hingegen verwendet elektromagnetische Wellen, um die Entfernung und Position von Objekten zu bestimmen. Das Radar sendet Radiowellen aus, die typischerweise im Bereich von einigen Kilohertz (kHz) bis mehreren Gigahertz (GHz) liegen. Diese Wellen werden von Objekten in der Umgebung reflektiert und vom Radarsensor erfasst. Analog zu Lidar, kann das Radarsystem die Entfernung und Position der Objekte bestimmen, indem es die Zeit misst, die die Radiowellen benötigen, um zum Sensor zurückzukehren.

Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen Lidar und Radar besteht darin, dass Lidar aufgrund der kurzen Wellenlänge und der Fokussierung der Lichtimpulse eine höhere räumliche Auflösung aufweist, während Radar eine größere Reichweite und eine bessere Leistung bei schlechten Wetterbedingungen hat. Aus diesem Grund werden Lidar-Systeme häufig für Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Genauigkeit erfordern, wie z. B. autonome Fahrzeuge oder Vermessungszwecke, während Radar-Systeme häufig für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine große Reichweite und Wetterunabhängigkeit wichtiger sind, wie z. B. die Flugsicherung oder die Wettervorhersage.

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Wo Lidar zum Einsatz kommt

Das wohl bekannteste Einsatzfeld von Lidar ist das autonome Fahren. Um hochautomatisierte Fahrfunktionen zu realisieren, ist eine zuverlässige hochauflösende Umfelderkennung notwendig. Lidar-Sensoren ergänzen dabei die bereits etablierten Technologien Radar und Kamera. Doch auch in der Industrie oder bei Vermessungsaufgaben kommt Lidar zum Einsatz. Beispielsweise haben Unternehmen die Möglichkeit, das Volumen ihrer Schüttgüter per Lidar-Sensorlösungen exakt zu bestimmen: Nur wenige an der Hallendecke oder auf Masten positionierte 3D-LiDAR-Sensoren reichen aus, um ein zentimetergenaues digitales Netz über einen Haufen zu legen, mit dessen Hilfe eine Software den Bestand in Echtzeit misst und die Information jederzeit abrufbar macht.

Auch Sicherungssysteme mit Lidar-Sensoren sind möglich. So werden etwa virtuelle 3D-Sicherheitszonen rund um Flugzeuge definiert, in denen das Eindringen vom Boden und auch aus der Luft erkannt wird. Lidar-Technologie ist auch ein wichtiger Faktor bei der Weiterentwicklung der Präzisionslandwirtschaft. Die Integration von Lidar in landwirtschaftlichen Maschinen hilft, die Sicherheit, Genauigkeit und Effizienz zu erhöhen. So können Experten mit der Lidar-Technologie die Art und die Zusammensetzung des Bodens in einem definierten Gebiet bestimmen. Das wiederum hilft Landwirten zu entscheiden, welche Anbaumethoden sie auf einem Grundstück anwenden sollen und welcher Dünger verwendet werden kann. Auch Bodenerosion lässt sich mithilfe von Daten aus dem Lidar-Scanning verhindern, da Lidar genaue Informationen über das Gelände eines landwirtschaftlichen Betriebs liefert.

Wie unterscheidet sich LiDAR von anderen Sensortechnologien?

Ein wichtiger Aspekt, der LiDAR von anderen Sensortechnologien unterscheidet, ist die Fähigkeit, präzise und direkte 3D-Kartierungen zu liefern. LiDAR ist besonders wertvoll für Anwendungen, die eine schnelle und genaue Erfassung der Umgebung erfordern, wie z.B. das Scannen zwischen Bäumen. LiDAR liefert genaue und leicht analysierbare Daten, was sie von anderen Technologien wie der Photogrammetrie unterscheidet, die bei solchen speziellen Anforderungen an ihre Grenzen stoßen können.

Warum Lidar bei hohen Geschwindigkeiten im Auto unverzichtbar wird

Lidar-Sensoren spielen eine entscheidende Rolle in Fahrerassistenzsystemen (ADAS), besonders bei hohen Geschwindigkeiten auf Autobahnen. Sie bieten im Vergleich zu Kameras und Radar eine präzisere und zuverlässigere Erkennung von Hindernissen und Umgebungsbedingungen, unabhängig von Lichtverhältnissen. Lidar-Systeme nutzen das Time-of-Flight-Prinzip zur Entfernungsmessung, wodurch sie in der Lage sind, eine dreidimensionale Punktwolke der Umgebung zu erstellen. Dies ermöglicht eine genaue und detaillierte Wahrnehmung der Fahrzeugumgebung, was für die Sicherheit und Effizienz von ADAS unerlässlich ist.

Bei hohen Geschwindigkeiten haben Assistenzsysteme nur sehr wenig Zeit, um auf plötzliche Veränderungen im Straßenverkehr zu reagieren. Lidar-Sensoren können schnell auftretende Hindernisse erkennen und ermöglichen es den Systemen, unverzüglich zu reagieren. Dies ist besonders wichtig in Situationen, in denen Fahrzeuge unerwartet die Spur wechseln oder bei der Einfahrt auf die Autobahn. Auch in Tunneln, wo sich die Lichtverhältnisse abrupt ändern können, bieten Lidar-Sensoren Vorteile gegenüber anderen Sensortypen.

Im Vergleich zu Kameras und Radar bieten Lidar-Sensoren eine höhere Auflösung und Genauigkeit, auch über größere Entfernungen. Sie sind in der Lage, auch kleine Objekte und Hindernisse auf der Straße präzise zu erkennen. Zudem können sie bei unterschiedlichen Lichtbedingungen zuverlässige Ergebnisse liefern, was sie besonders für den Einsatz in Fahrerassistenzsystemen und autonomen Fahrzeugen qualifiziert.

Lidar und Handys: Wer sie einsetzt und was sie können

Lediglich Apple nutzt in seinem iPhone-Kosmos aktuell Lidar-Sensoren. Der Konzern führte LiDAR im Jahr 2020 in seine Produkte ein. Zuerst im Tablet iPad Pro, dann ab den Smartphones iPhone 12 Pro und 12 Pro Max. Daher lässt sich die Frage, ob das iPhone 13 einen Lidar-Scanner hat, mit Ja beantworten. Auch diese Modelle verfügen über einen Lidar-Scanner

  • iPhone 12 Pro/iPhone 12 Pro Max.
  • iPhone 13 Pro/iPhone 13 Pro Max.
  • iPhone 14 Pro/iPhone 14 Pro Max.
  • iPhone 15 Pro/iPhone 15 Pro Max.

Bei all diesen Geräten befindet sich LiDAR in der Nähe der rückwärtigen Kameras. Es ist der schwarze Kreis mit einem ähnlichen Radius wie der Blitz der Kamera.

Ein Vorteil des Lidar-Scanners ist die Verbesserung der Augmented Reality (AR). Durch den Scanner kann das Apple-Gerät seine Umgebung erkennen und verstehen, was zu realistischeren AR-Erlebnissen führt. Auch bei schlechten Lichtverhältnissen und bei Nacht kann der Scanner helfen, da er in solchen Situationen den Autofokus optimiert und Porträtfotos mit Tiefeneffekt ermöglicht. Darüber hinaus gibt es verschiedene Anwendungen, die den Lidar-Scanner nutzen, wie die App "IKEA Place", mit der Möbel virtuell in die reale Umgebung platziert werden können. Auch eine Maßband-App ist möglich, mit der sich Dinge abmessen lassen. Will man jedoch exakte Ergebnisse, sollte man aktuell noch auf das gute alte Maßband zurückgreifen.

Tesla und Lidar – Warum Elon Musk nur auf Kameras setzt

„Wer auf Lidar setzt, ist auf dem Holzweg.“ „Wer sich auf Lidar verlässt, ist verdammt (doomed).“ Das sind zwei Zitate vom E-Auto-Pionier Elon Musk, der entgegen dem allgemeinen Trend vor allem auf Kameras setzt. Als Vorbild nimmt sich Tesla den Menschen, der schließlich auch nur mit zwei Kameras (Augen) durch den Straßenverkehr kommt. Auch Radar spielt bei Tesla nur eine untergeordnete Rolle und wurde zwischendurch sogar komplett verbannt, denn nach Angaben von Tesla führt das Radar gelegentlich zu Fehlmessungen, z. B. wenn ein Gullydeckel fälschlicherweise für ein Hindernis gehalten wird. Dies führt zu einem Phänomen, das als "Phantombremsung" bezeichnet wird, bei der die Notbremsung ohne wirklichen Grund ausgelöst wird. Der Ansatz von Tesla besteht darin, sein neuronales Netz anhand von Beispielen guter Radardaten zu trainieren, damit die Kameras die gleichen Tiefen- und Geschwindigkeitsmessungen vornehmen können wie Radargeräte.

Die Strategie, nicht auf Lidar und nur wenig auf Radar zu setzen, hat Musk mit Dan O'Dowd, CEO von Green Hills, einen persönlichen "Feind" geschaffen. Er hat sich zum Ziel gesetzt, Teslas Autopilot von der Straße zu bringen. Dafür hat bereits Millionen in seine Anti-Autopilot-Kampagne The Dawn Project gesteckt, unter anderem in einen Werbespot zur besten Sendezeit beim Super Bowl.

Die Gefahren von Teslas Autopilot (laut The Dawn Project)

Welchen Einfluss haben Temperaturen auf Lidar-Sensoren?

Sensorsysteme in Fahrzeugen müssen Temperaturen zwischen -40 °C und +125 °C „aushalten“. Das gilt auch für Lidar-Sensoren mit APD-Technologie. Avalanche-Photo-Dioden, die in einem Großteil der Lidar-Systeme zum Einsatz kommen, basieren auf Silizium und reagieren deshalb auf Temperaturveränderungen. So ändert sich beispielsweise die Durchbruchspannung, der Dunkelstrom oder die spektrale Empfindlichkeit. Hersteller von Lidar-Systemen sollten diesen Faktoren berücksichtigen, wenn sie entsprechende Sensoren und die dabei verwendeten Avalanche-Photodioden auswählen.

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