Datenblätter für Lidar-Scanner sind nicht gerade für ihre Leserfreundlichkeit bekannt. Um für etwas mehr Klarheit zu sorgen, klären wir heute 9 wichtige Begriffe.
Wenn Sie gerade auf der Suche nach einem mobilen Mappingsystem sind, haben Sie wahrscheinlich bereits mehr als eine oder zwei Stunden damit verbracht, Datenblätter zu durchforsten. Dabei sind Sie wahrscheinlich auf die eine oder andere verwirrende Angabe gestoßen. „Was genau soll bitte eine Laserklasse sein“, werden Sie sich vielleicht fragen oder: „Und warum sollte mich das interessieren?“.
Heute wollen wir das Geheimnis lüften und einige Begriffe klären, die Ihnen wahrscheinlich schon häufiger beim Lesen eines Datenblatts untergekommen sind. Dabei gehen wir näher auf die jeweiligen Spezifikationen ein und erläutern, was sie für Ihre Arbeit bedeuten.
Bevor wir beginnen, sollten Sie beachten, dass andere Hersteller möglicherweise eine leicht abgewandelte Terminologie verwenden als NavVis. Die Grundlagen, die wir hier vermitteln wollen, sollten Ihnen jedoch auch helfen, sich in ihren Datenblättern zurechtzufinden.
Los geht‘s!
Schichten bzw. Layers
(Manchmal auch: Kanäle). Dabei handelt es sich um die Anzahl der Laser, die der Scanner zur Erfassung einer Punktwolke verwendet. Beim NavVis VLX kommen zwei Lidar-Sensoren mit jeweils 16 Schichten, also insgesamt 32 Schichten, zum Einsatz.
Warum ist das wichtig?
Je mehr Laser ein Scanner verwendet, desto schneller kann eine Umgebung erfasst werden. Und je schneller er bewegt werden kann, desto höher ist die Auflösung.
Geräte, die für schnellere Anwendungen entwickelt wurden, wie z. B. die Umgebungserfassung vom Dach eines fahrenden Autos aus, sind in der Regel mit Lidar-Sensoren ausgestattet, die über mehr Schichten verfügen. Auf diese Weise können mehr Punkte in einem bestimmten Zeitraum erfasst und eine ausreichend hohe Auflösung für den vorgesehenen Verwendungszweck gewährleistet werden. Scanner, die für langsamere Anwendungen wie die Kartierung von Innenräumen eingesetzt werden, können die gleiche Auflösung mit Lidarsensoren, die (relativ) über weniger Schichten verfügen.
Messrate bzw. Punkte pro Sekunde
Damit bezeichnet man die Anzahl der Messungen, die der Scanner in einer Sekunde erfassen kann.
Warum ist das wichtig?
Mehr Punkte pro Sekunde bedeuten, dass der Scanner unter sonst gleichen Bedingungen dichtere Punktwolken erfasst. Das bedeutet allerdings nicht, dass eine höhere Messrate bzw. Punkte pro Sekunde immer besser ist. Sobald Sie genügend Punkte in der Punktwolke für Ihre beabsichtigte Anwendung haben, wird Ihre Punktwolke durch die Erfassung weiterer Punkte nur unnötig größer und schwerer zu verarbeiten.
Laserklasse
Die Laserklasse gibt an, wie gefährlich der Strahl für das menschliche Auge oder die Haut ist. Gemäß einem Leitfaden der US Food and Drug Administration (FDA) können Laser in vier Klassen eingeteilt werden.
Warum ist das wichtig?
Die Klassifizierung bietet die Gewähr, dass der Scanner sicher verwendet werden kann.
Praktisch alle Lidar-Scanner verwenden Laser der Klasse 1, der sichersten Klasse. Der Scanner ist also völlig harmlos, so dass Sie (oder ein Passant) ohne Augenschutz direkt in den Scanner blicken können und keine Verletzungen befürchten müssen.
Bei Klasse 2 beginnt der Laser das Auge zu reizen. Bei Klasse 3 kann ein längeres Betrachten des Lasers ohne Augenschutz zu Schäden führen. Laser der Klasse 4 können einen Brand verursachen oder die Augen oder die Haut verbrennen, wie z. B. bei Laserwaffen in Science Fiction Büchern.
Wellenlänge
Die Wellenlänge bezeichnet den Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Wellenbergen in einem Lichtstrahl (siehe Abbildung). Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge zwischen 400 und 700 Nanometern (nm), wobei die Wellenlänge die wahrgenommene Farbe bestimmt.
Lidar-Sensoren senden in der Regel Lichtimpulse in einem Wellenlängenbereich zwischen ~905 nm bis ~1550 nm aus. Licht dieses Bereiches ist für das menschliche Auge unsichtbar, laut FDA sicher in der Anwendung und kann Hunderte von Metern zurückzulegen.
Warum ist das wichtig?
Wenn Sie mehr über dieses Thema erfahren möchten, empfehlen wir Ihnen diesen spannenden Blogbeitrag von Velodyne. Dort können Sie tiefer in die Materie einsteigen, für diesen Artikel beschränken wir uns auf die wesentlichen Grundlagen.
Die Wellenlänge hat einen großen Einfluss auf die Leistung des Lasers. Ein Laser mit einer Wellenlänge von ~1550 nm wird eher von Wasser in der Umgebung absorbiert, z. B. von Nebel, Regen oder sogar Luftfeuchtigkeit. Um diesem Problem entgegenzuwirken, müsste der Laser mehr Strom verbrauchen, was eine kürzere Batterielebensdauer bedeuten würde. Ein 905-nm-Laser verliert unter diesen Bedingungen nicht an Leistung und ist viel einfacher zu fertigen.
Reichweite bzw. Range
Mit diesem Kennwert beziffert man die maximale (und manchmal minimale) Entfernung, in der der Laser ein Objekt erkennen kann.
Warum ist das wichtig?
Oberflächlich betrachtet ist es ganz einfach: Die Reichweite gibt an, wie weit Ihr Scanner von einem Objekt entfernt sein kann und trotzdem noch brauchbare Ergebnisse liefert.
Jedoch sollte man nicht davon ausgehen, dass diese Zahl die Entfernung angibt, die ein Laserscanner erfassen kann, ohne die auf dem Datenblatt angegebenen Genauigkeitsstufen zu überschreiten. Strenge Tests (und Erfahrungswerte) zeigen, dass die Genauigkeit eines Laserscanners abnimmt, je weiter er sich vom Objekt entfernt. (Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl anderer Faktoren, welche die Genauigkeit eines Lidarsensors beeinflussen können, selbst bei konstanter Reichweite. Das ist insbesondere beim mobilen Mapping der Fall, bei dem die Software eine zusätzliche Rolle spielt.)
Auch wenn die Reichweite eine nützliche Angabe ist, sollten Sie sich nicht darauf verlassen, dass sie ein absolutes Maß dafür ist, wie weit Sie für Ihre spezielle Anwendung scannen können. Um das genau vorhersagen zu können, müsste man eine Reihe von strengen Tests mit dem Scanner unter realen Bedingungen durchführen, bei denen er in verschiedenen Entfernungen und in unterschiedlichen Umgebungen arbeitet. Dadurch ließe sich ermitteln, wie weit ein Scanner auf einer Baustelle scannen kann und trotzdem Daten liefert, welche die von Ihnen benötigten Qualitätsanforderungen erfüllen.
Die gute Nachricht ist: NavVis hat diese Art von Tests für den NavVis VLX bereits durchgeführt. Die Genauigkeit, die dieses Gerät bei verschiedenen Entfernungen und in verschiedenen Umgebungen erreichen kann, finden Sie im NavVis VLX-Whitepaper zur Genauigkeit.
IP-Klassifizierung
Je nachdem, wen man fragt, steht diese Kennziffer entweder für den Schutz vor Eindringen oder für die internationale Schutzklasse. In jedem Fall klassifiziert sie das Schutzniveau, das ein elektronisches Gerät bietet, um das Eindringen von Staub oder Flüssigkeiten zu verhindern, die den innenliegenden elektronischen Komponenten schaden könnten.
Warum ist das wichtig?
Wenn elektronische Geräte nass werden, kann das zu großen Problemen führen (was Sie sicher bereits wissen, wenn Ihnen das Handy schon einmal ins Wasser gefallen ist). Die Wahl eines Scanners mit der richtigen IP-Einstufung kann Ihnen eine Menge Ärger und Kummer ersparen, da Ihnen diese Kennzahl als eine verlässliche Orientierungshilfe dienen kann für die Art von Umgebungen, die mit einem konkreten Gerät erfasst werden können.
Ein robuster Scanner, der für den Einsatz in Umgebungen mit viel Staub, Feuchtigkeit und Schmutz - wie einer aktiven Baustelle oder einem feuchten Außenbereich - gebaut wurde, hat oft eine IP-Schutzart von 54. Das bedeutet, dass es einen gewissen Schutz gegen das Eindringen von Staub bietet und gegen Strahlwasser aus allen Richtungen geschützt ist. Scanner mit dieser Bewertung sind in der Regel teurer und auf den terrestrischen Einsatz beschränkt.
Das NavVis VLX verfügt über eine IP-Schutzklasse von 42, was bedeutet, dass er gegen Festkörper über 1 mm geschützt ist und Spritzwasser aus jeder Richtung standhält.
Genauigkeit
Zunächst noch eine kurze Anmerkung: Die Genauigkeitsangaben für einen mobilen Scanner sind etwas differenzierter als bei einem terrestrischen Scanner. Das liegt daran, dass ein terrestrischer Scanner Punkte von einem festen Standort im Raum erfasst, während ein mobiler Scanner Punkte erfasst, während das Gerät durch den Raum bewegt wird - was bedeutet, dass ein SLAM-Algorithmus eine komplexe Verarbeitung benötigt, um die Punkte korrekt im Raum zu platzieren.
Wenn Sie gerne mehr über SLAM erfahren möchten, finden Sie hier unseren umfassenden SLAM Leitfaden.
Relative Genauigkeit
Damit wird die Genauigkeit einer Punktwolke auf einer lokalen Skala definiert. Bei einem mobilen Scanner ist dies die Messgenauigkeit zwischen Punkten an einem einzigen Ort, wie z. B. in einem Raum.
Warum ist das wichtig?
Diese Kennzahl ist wichtig, um die Zuverlässigkeit eines Scanners zu bestimmen, da sie zeigen kann, wie genau die Abmessungen eines Raums sind - ein wichtiger Faktor für Anwendungen wie Scan-to-BIM oder die Erstellung von Grundrissen.
Absolute Genauigkeit
Damit meint man die Genauigkeit der Punktwolke auf einer globalen Skala. Bei einem mobilen Scanner ist dies die Messgenauigkeit zwischen zwei Punkten, die vom Scanner nicht an einem einzigen Ort erfasst wurden. Zum Beispiel der Abstand zwischen gegenüberliegenden Ecken eines Gebäudes.
Warum ist das wichtig?
Die globale Genauigkeit ist für die Bestimmung der Zuverlässigkeit eines mobilen Scanners von entscheidender Bedeutung, da sie das Ausmaß des Driftfehlers verdeutlicht, der sich aufgrund von SLAM bei großen oder komplexen Scanningprojekten ansammelt. Mit anderen Worten: Sie gibt die Genauigkeit des Scanners über das gesamte Projekt hinweg an.
Sie wird auch als absolute Genauigkeit bezeichnet, da sie die Genauigkeit der Punktwolkenmessungen im Vergleich zu ihrer „wahren“ Position in einem absoluten Koordinatensystem angibt, das durch eine Methode höherer Ordnung, wie z. B. Vermessung mittels Tachymeter, bestimmt wurde.
Genauere Definitionen für diese Begriffe und weitere Einzelheiten darüber, wie NavVis diese Messwerte für seine Scanner gemessen hat, finden Sie im NavVis VLX Accuracy White Paper.
Sean Higgins ist selbstständiger Technikjournalist, ehemaliger Redakteur einer Fachzeitschrift und Naturliebhaber. Er ist der Meinung, dass 3D-Technologien klar und verständlich erklärt und besprochen werden sollten.