Was ist LiDAR und wozu dient es?

Wenn Sie sich mit Automatisierung, Qualitätskontrolle oder anderen Machine-Vision-Anwendungen befasst haben, sind Sie wahrscheinlich schon einmal auf den Begriff „LiDAR“ gestoßen. Was also ist LiDAR und wie wird es eingesetzt? Sehen Sie sich unser Tech Edge-Video zu diesem Thema an und lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren.

Was ist LiDAR?

LiDAR ist ein Akronym für „Light Direction and Ranging“. Es handelt sich dabei um eine leistungsstarke Fernmesstechnologie zur Messung relativer Entfernungen. LiDAR ist ein zunehmend verbreitetes Element in zahlreichen IoT- und Industrie 4.0-Projekten.Die Technologie wird verwendet, um genaue 3D-Darstellungen einer bestimmten Umgebung zu erstellen, die auch als „Punktwolken“ bezeichnet werden.

Wie funktioniert LiDAR?

Ein LiDAR-System lässt augensichere Laserimpulse von Objekten abprallen, um sie zu lokalisieren und zu messen. Ein Laserstrahlsender sendet das Licht aus, das dann an einen Empfänger zurückgeworfen wird. 

LiDAR-Systeme haben viele Elemente mit dem herkömmlichen Radar gemeinsam. Jedoch ist die Wellenlänge des verwendeten Lichts tausende Male kürzer als die kürzesten Radarwellenlängen. Dadurch können sehr schnell sehr genaue Ergebnisse erzielt werden.

LiDAR basiert auf dem Time of Flight (ToF)-Prinzip. Laserlicht wird zum Zeitpunkt t-0 ausgesendet, trifft auf ein Objekt und das reflektierte Licht wird dann zum Zeitpunkt t-1 gemessen. Da die Lichtgeschwindigkeit eine bekannte Größe ist, kann das gemessene Intervall in eine genaue Entfernung umgerechnet werden. Durch die Berechnung der Lichtmenge, die zu den Sensoren zurückkehrt, lassen sich außerdem Größe und Form von Objekten bestimmen.

An diesem Punkt werden die Berechnungen von einer LiDAR Processing Unit (LPU) durchgeführt, wie sie beispielsweise der OnLogic-Kunde Flasheye entwickelt hat.

LiDAR vs. Radar

In vielerlei Hinsicht sind sich LiDAR und Radar ähnlich. Beide dienen der Erkennung von Objekten, indem sie Signale aussenden und darauf warten, dass diese Signale von den Objekten abprallen und zu den Sensoren zurückkehren. Während LiDAR zur Kartierung von Umgebungen verwendet wird, wird Radar im Allgemeinen zur Objektverfolgung eingesetzt. Dies ist besonders nützlich für die Flugsicherung und militärische Anwendungen.

Im Gegensatz zu LiDAR, bei dem Laser eingesetzt werden, um die Entfernung eines bestimmten Objekts zu ermitteln, arbeitet Radar mit Funkwellen. Aus diesem Grund ist Radar in der Regel weniger genau, da Licht eine kürzere Wellenlänge hat als Radiowellen. Je kürzer die Wellenlänge, desto genauer sind die Ergebnisse.

Verschiedene Arten von LiDAR

Es gibt zwar viele Arten von LiDAR-Systemen, die alle unterschiedliche Anwendungsfälle haben, aber zwei der gängigsten Arten von LiDAR sind luftgestützte und terrestrische Systeme. 

In der Luft

Bei LiDAR aus der Luft wird ein Luftfahrzeug (beispielsweise ein Hubschrauber, ein Flugzeug oder eine Drohne) mit einem daran befestigten Laserscanner eingesetzt, um die Landschaft während des Fluges zu erfassen. Es gibt zwei Hauptunterarten von luftbasiertem LiDAR: topografisches und bathymetrisches LiDAR.

Topografisches LiDAR wird zur Erstellung von Landmodellen verwendet und arbeitet in der Regel mit Nah-Infrarot-Licht. Bei bathymetrischem LiDAR hingegen wird grünes Licht genutzt, um den Meeresboden in flachen Gewässern zu vermessen.

An Land

Terrestrisches LiDAR wird zur Kartierung von Landschaften verwendet und umfasst mobiles und statisches LiDAR. Bei mobilem LiDAR sind die Scanner an einem Fahrzeug montiert und werden zur Kartierung von Landflächen wie Wäldern und Autobahnen eingesetzt. Statisches LiDAR erfasst Daten von einem festen Punkt aus mit Hilfe eines Stativs. Es kann für zahlreiche Anwendungen eingesetzt werden, von der Archäologie bis hin zur Sicherung von Tatorten in der Forensik.

Was wird damit gemessen?

LPUs nutzen die von LiDAR-Sensoren gesammelten Informationen zur Berechnung von Entfernung, Größe und Form für die Erstellung von 3D-Karten oder zur Information über Aktionen in einem Prozess. Bei Flasheye überwacht die Lösung Förderbänder in der Bergbauindustrie. Anhand von Modellen für die optimale Leistung können die Geräte Abweichungen in der Leistung von Förderbändern erkennen und das Bedienpersonal warnen. Diese Warnungen können zur Erstellung von Wartungsplänen verwendet werden, um die Mitarbeitenden vor potenziell gefährlichen Bedingungen zu schützen und die betriebliche Leistung zu optimieren.

LiDAR wird zu einer beliebten Lösung für automatisierte Messanwendungen, bei denen keine Bild- oder Videodaten in voller Auflösung erfasst werden müssen oder sollen. Da nur die relative Entfernung gemessen wird, können Benutzer:innen, die sich Gedanken um ihre Privatsphäre und Anonymität machen, verwertbare Daten sammeln, ohne auch identifizierende Informationen zu erfassen. Infolgedessen werden Sicherheits- und Überwachungsanwendungen, die LiDAR nutzen, immer beliebter. Dies gilt insbesondere in der EU. Durch die Datenschutzbestimmungen der GDPR (DSGVO) wirken sich Datenschutzgesetze auf einige Arten der herkömmlichen Sicherheitsüberwachung aus. 

Wofür wird es eingesetzt?

Die Automobilindustrie hat in den letzten zehn Jahren einen Großteil des Interesses an LiDAR vorangetrieben. Viele moderne Sicherheitsfunktionen in Autos und Lastwagen basieren darauf. Darüber hinaus nutzen autonome Fahrzeuge die Technologie, um Hindernisse, andere Fahrzeuge und Menschen zu erkennen und zu umfahren. 

Es gibt zahlreiche andere Anwendungen, die von den superschnellen, extrem präzisen Messdaten profitieren können. Nach Angaben des Marktforschungsunternehmens Yole Development wird das Wachstum des LiDAR-Markts in der Industrie und Automobilbranche bis 2026 voraussichtlich 5,7 Mrd. US-Dollar erreichen. Einige weitere Anwendungsfälle sind:

• Architektur/Bauwesen: Bauwerksdatenmodellierung (Building Information Modeling, BIM)
• intelligente Landwirtschaft: Präzisionslandwirtschaft und autonome Geräte
• intelligente Städte: Mobile Geräte für die Verwaltung städtischer Infrastrukturen und Objekte
• Energie: Erkennung des Baumwachstums in Richtung von Hochspannungsleitungen
• Herstellung: Defekterkennung im Rahmen der Qualitätssicherung
• Bergbau: Gefahrenerkennung, Mineralienerkundung und Überwachung des Abbaus

Ein Blick in die Zukunft

Die Attraktivität von LiDAR in der Industrie hat zu einer kontinuierlichen Entwicklung und Erweiterung ihrer Möglichkeiten geführt. Die neue 4D-LiDAR-Technologie wird nicht nur die 3D-Position messen, sondern auch gleichzeitig Geschwindigkeitsdaten liefern. Das eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten. Diese Installationen und solche, die bereits im Einsatz sind, erfordern zunehmend, dass die LPUs außerhalb klimatisierter Bereiche installiert werden. 

Die Karbon 800-Serie von OnLogic verfügt über eine optionale M12-LAN-Erweiterung und kann in einem Fahrzeug montiert werden. Damit ist sie die ideale Lösung für LiDAR-Anwendungen.

Unsere Reihe der Industrie- und Rugged-Computer sind für den Einsatz unter schwierigen Bedingungen ausgelegt. Sie arbeiten an der Implementierung einer LiDAR-Lösung? Setzen Sie sich noch heute mit unserem Team in Verbindung und erfahren Sie, wie wir Ihnen helfen können.

Hinweis: Dieser Blogbeitrag wurde ursprünglich am 1. November 2022 veröffentlicht. Er wurde am 12. September 2023 aktualisiert.