Аббревиатура LiDAR (от англ. Light Detection and Ranging) обозначает «обнаружение и определение дальности с помощью света». Лидар появился в 1960-х годах, когда начали использовать лазеры для измерения расстояний. Первые лазерные дальномеры поступили на вооружение армии США, их в том числе устанавливали на танки.
В СССР такое устройство появилось в 1974 году и получило название КТД-1. Его максимальная дальность работы составляла 10 километров, а погрешность не превышала 2 метров. Лидар прошел долгий путь, стал компактнее и точнее, что открыло ему дорогу в разные сферы нашей жизни.
Как работает лидар
Лидар работает по принципу эхолокации, только вместо звука используется свет. При импульсном методе измерений лазер посылает импульсы света, которые отражаются от объектов и возвращаются обратно. Специальные сенсоры фиксируют время, за которое импульс вернулся, и на основе этих данных строится точная карта окружающего пространства. Этот метод использует изменения фазы светового сигнала, чтобы определить расстояние с более высокой точностью.
У лидара есть несколько ключевых преимуществ по сравнению с другими методами определения расстояния, такими как радиолокация и ультразвуковое сканирование. Технология отличается высокой разрешающей способностью. Лазерные импульсы позволяют получать детализированные изображения с точностью до долей миллиметра, что особенно важно в картографии, архитектуре, транспортной и космической отраслях.
Современные лидар-системы могут отправлять и получать миллионы импульсов в секунду, что дает возможность быстро создавать трехмерные карты больших территорий или объектов. Технология хорошо работает в полной темноте, поэтому такие сканеры не зависят от внешнего освещения.
Где применяется
В смартфонах лидар помогает улучшать функции распознавания лиц и создавать более качественное размытие заднего фона на фотографиях в портретном режиме. Устройства, оснащенные таким датчиком, умеют делать точные замеры расстояния до объектов без дополнительного оборудования. По принципу лидара работает система безопасности Face ID, которую компания Apple использует в смартфонах и планшетах.
Роботы-пылесосы с лидаром лучше ориентируются в пространстве, строят точные карты помещений, эффективно избегают препятствий. Чтобы датчик работал с углом обзора до 360 градусов, лидар устанавливают в возвышающуюся над корпусом пылесоса башню. Она вращается с большой скоростью, за счет чего лазер способен быстро просканировать всё помещение.
Лидар используется и для навигации беспилотных автомобилей. Для максимальной точности распознавания он работает совместно с камерами, искусственным интеллектом и другими датчиками. Система определяет расстояние до препятствия с помощью лазеров и собирает его 3D-модель. Искусственный интеллект соотносит эту модель с объектами из базы данных и распознает, что это такое — пешеход или транспорт. В зависимости от присвоенного типа для объекта вычисляются возможные шаблоны движения, что помогает автомобилю избегать препятствий.
В космосе лидар применяется для картирования поверхностей планет и исследования окружающего пространства. Например, такой лазер запустила Россия в 1995 году на борту модуля «Спектр». Он использовался для создания точных топографических карт Земли и определения особенностей рельефа планеты.
Также лидарные системы устанавливают на самолеты, вертолеты и другие летательные аппараты, что позволяет быстро собирать данные о больших территориях. Эти сведения используются для создания карт, мониторинга экологических изменений и проведения научных исследований.
В океанологии лидар применяют для определения местонахождения объектов глубоко под водой и в исследовательских целях. Технология позволяет быстро реагировать на изменения в области береговых линий, чтобы противодействовать цунами и наводнениям.
Лидар также активно используется в строительстве, геодезии и архитектуре. Он помогает создавать точные 3D-модели зданий и сооружений и изучать рельеф местности, что облегчает планирование и проектирование.
Особенности технологии
У лидара есть и слабые стороны. Качественные лидарные сенсоры довольно дорогие, что ограничивает сферы их использования. Лидар чувствителен к погодным условиям. Туман, дождь, пыль и снег снижают точность измерений. Зеркальные и хромированные покрытия могут отражать лазер, это также негативно сказывается на деталях. Особенно мощные лучи способны повредить сетчатку глаза, поэтому при работе с ними важно соблюдать технику безопасности.
Перспективы развития
Поскольку стоимость сенсоров постепенно снижается, а их точность и дальность измерений улучшаются, то стоит ожидать, что лидар станет еще более доступным и найдет применение в новых областях.
Например, в медицине лидарные технологии могут использоваться для создания точных моделей внутренних органов и протезов, что поможет в диагностике и лечении заболеваний.