Инструкция: все о датчике LiDAR

Вы наверняка слышали о сенсорном датчике LiDAR — как минимум, его можно встретить в современных роботах-пылесосах, а еще он позиционируется как одна из главных и самых крутых фишек последних версий «яблочных» смартфонов. Что в нем такого крутого? Как он работает и для чего вообще нужен? Сейчас расскажем 😉

Что такое LiDAR?

Начнем с того, что LiDAR расшифровывается как light Identification detection and ranging. Переводится это как «измерение расстояний с помощью света». По принципу действия такой датчик напоминает радар. Только лидар задействует не радиоволны, а волны оптического диапазона, проще говоря, световые лучи. Такая технология в основном применяется в современной геодезии и картографии для создания карт и различных трехмерных моделей на местности, как природного происхождения, так и антропогенного.

Несмотря на то, что эту технологию стали активно раскручивать сравнительно недавно, она начала применяться еще в 60-е годы прошлого века. Правда тогда в сканерах LiDAR использовали лазеры попроще и ставили их в основном на самолеты. Более широкое применение они получили в 80-е годы, когда полученные с их помощью данные стали сопоставлять с данными от систем GPS.

Как это работает?

Если использовать аналогию, то лидар работает как эхолокация у летучих мышей. Сканер испускает луч, он отражается от объектов на своем пути и возвращается обратно. Зная, что скорость распространения света составляет примерно 299 792 458 ± 1,2 м/с, устройство способно рассчитать, какое расстояние преодолел луч за то время, пока достиг объекта, отразился и вернулся. При этом всего за одну секунду датчик генерирует около миллиона таких импульсов. В результате создается внушительный массив множества точек — именно эти данные используются для создания трехмерных моделей и карт. Таким образом можно сказать, что лидар является своего рода лазерным дальномером. Анализируя траекторию собственных лучей, он получает множество координат, на основе которых и строит максимально точные карты.

Кто и в каких сферах использует LiDAR?

Лидар применяют не только для построения трехмерных карт. Специалисты, изучающие атмосферные явления, тоже нашли этой технологии практическое применение. Например, климатологи с ее помощью изучают облака и интенсивность испарения и делают выводы о динамике процессов глобального потепления, исходя из полученных сведений. Океанологи, используя лидар, наблюдают за береговой эрозией, а ботаники — за состоянием лесов по всей планете. Датчики также способны анализировать качественный состав атмосферы. Если запустить такой луч с самолета на определенной высоте, можно узнать, какие газы преобладают в отдельно взятой зоне.

Кстати, так называемый полицейский радар есть не что иное, как лазерный сканер — по сути, тот же самый лидар. Такой датчик определяет скорость участников дорожного движения и помогает выявлять злостных нарушителей. Наконец, технологию LiDAR активно используют представители кадастровых служб, когда необходимо определить площадь земельных участков и провести ряд других измерений.

Применяется ли LiDAR в быту?

Применяется, и еще как! Лазерными датчиками оснащена современная бытовая техника, которую мы используем чуть ли не каждый день.

Достаточно вспомнить роботов-пылесосов. Правда, пока это касается в основном моделей среднего и премиального сегмента (у «бюджетников» лидар встречается реже). У них лидар выполнен в виде башенки, вращающейся вокруг своей оси. Сканер помогает «видеть» стены и прочие препятствия на пути, чтобы выстроить оптимальную траекторию передвижения во время уборки. Правда здесь есть один любопытный нюанс. Если лидар заметит зеркало или другую отражающую поверхность, то распознает это не как барьер, а как новое пространство.

Лидары все чаще встречаются в системе «Умный дом». Здесь они играют роль датчиков движения, чтобы автоматически включить свет, если кто-то вошел в зону их действия. В охранных системах такие сенсоры позволяют обнаружить присутствие посторонних и включить тревожное оповещения для владельца.

Бытовые беспилотные автомобили, которые пару лет назад запустил один популярный сервис доставки (тут можно вспомнить и другие беспилотные авто), тоже используют лидар. В них датчик задействует не только собственные данные, но и сведения систем GPS. Благодаря этому беспилотник на колесах уверенно ориентируется на местности, объезжает пешеходов и другие препятствия и даже послушно останавливается на светофорах.

Для чего LiDAR в смартфоне?

Впервые сенсор LiDAR на мобильном устройстве представила компания Apple еще в 2020 году. И эта функция по-прежнему предусмотрена исключительно для моделей премиального сегмента. Так что же в ней такого премиального?

Прежде всего лидар позволяет в несколько раз повышать качество фотографий с эффектом боке. Это когда изображение в центре получается максимально четким, а фон — размытым, как при съемке на профессиональную зеркальную камеру. Да, аналогичная функция есть у многих обычных смартфонов, но они не способны «разглядеть» мельчайшие детали (вроде уха или пряди волос), из-за чего при съемке в режиме портрета центральное изображение часто получается неаккуратным по краям. Снимки в ночном режиме или при плохом освещении благодаря лидару тоже становятся более качественными и естественными. Сенсор позволяет повысить скорость автофокуса и наведения в среднем в 5-6 раз, поэтому фотографии получаются сверхчеткими, с качественной детализацией.

Есть и совсем неожиданный эффект, который можно получить от мобильных устройств с сенсором LiDAR. При необходимости их можно использовать в качестве виртуальной линейки или строительного уровня. То есть смартфоном или планшетом можно с точностью до миллиметра замерить длину и высоту стен и даже кривизну напольного покрытия. Неплохой способ, позволяющий сэкономить на покупке дополнительного оборудования, если у вас ремонт, или проверить профессионализм работающих у вас специалистов.