LiDAR oder Lidar - Was ist richtig? In diesem Artikel beantwortet Sean Higgins diese und weitere Fragen zur Lidar-Technologie.
Vor kurzem haben wir uns den Grundlagen der Lidar-Technologie gewidmet. Wir haben geklärt, was ein 3D-Scanner ist, wie er funktioniert, auf welchen Technologien ein 3D-Scanner basiert und für welche Anwendungen er verwendet werden kann. (Wenn Sie sich mit Lidar noch nicht auskennen und mehr darüber erfahren wollen, sollten Sie zuerst diesen Artikel lesen.)
Dann haben wir uns die Frage gestellt (und beantwortet): Ist Lidar oder Photogrammetrie besser für die Gebäudeerfassung?
Auch wenn Sie beide Artikel gelesen haben, sind möglicherweise doch noch einige Fragen zum Thema Lidar offen geblieben. Einige dieser Fragen werden wir heute beantworten. Insbesondere konzentrieren wir uns auf folgende Themen: Was ist der Unterschied zwischen terrestrischen und mobilen Scannern und luftgestützten Laserscannern? Wie viele verschiedene Arten von Lidar-Sensoren gibt es? Wie funktionieren sie?
Und, was am wichtigsten ist: Heißt es LiDAR oder Lidar?
Welche verschiedenen Arten von Lidar-Scannern gibt es?
So wie es viele Möglichkeiten gibt, einen Lidar-Sensor in einen Laserscanner zu verwandeln, gibt es auch viele verschiedene Arten von 3D-Laserscannern. Hier sind die gängigsten Varianten.
- Terrestrische Laserscanner (TLS): Diese Scanner werden auf einem Stativ montiert und rotieren um ihre Achse, um die Umgebung zu erfassen. Dieser Scanner-Typ wird weitläufig für Vermessungs- und Mappingzwecke eingesetzt und bietet immer noch die höchste erreichbare Genauigkeit. Allerdings dauert die vollständige Erfassung länger als bei anderen Methoden.
- Mobile Lidarsysteme: Diese 3D-Laserscanner, die manchmal auch als mobile Mappingsysteme bezeichnet werden, erfassen die Umgebung während der Bewegung. Meist sind diese Scanner auf dem Dach eines Fahrzeugs festgeschnallt oder werden am Körper bzw. in der Hand getragen. Mobile Systeme basieren zusätzlich auf einer speziellen Technologie namens SLAM (Simultaneous Localization and Mapping, zu deutsch etwa: Simultane Lokalisierung und Kartierung).
Mobile Lidar-Geräte können sowohl im Freien als auch in Innenräumen scannen und sind wesentlich schneller als terrestrische Scanner. Die neuesten Geräte sind inzwischen genau genug für (beinahe) alle Anwendungen. (Wenn Sie mehr über SLAM erfahren möchten: Hier finden Sie unseren SLAM-Leitfaden) - Luftgestütztes Laserscanning Diese Scanner werden an Flugzeugen bzw. Drohnen montiert, die zur Erfassung über ein Gebiet geflogen werden.
Mit diesem Begriff bezeichnet man Lidar-Scanner, die an einem UAV montiert werden, um räumlich begrenzte Bereiche wie Felder, Brücken oder das Dach eines Gebäudes zu erfassen.
Der Begriff kann auch die großen Lidar-Scanner bezeichnen, die an Flugzeugen in großer Höhe montiert werden, um großflächige topografische Karten zu erstellen. Wenn Sie mehr über dieses Thema erfahren wollen, ist die 3DEP-Website des United States Geological Survey (USGS) ein guter Ausgangspunkt.
Welche verschiedenen Arten von Lidar-Sensoren gibt es?
Wenn wir über die Funktionsweise von Lidar sprechen, beziehen wir uns gewöhnlich auf das Konzept der Flugzeit (time of flight, kurz: TOF). Dies ist das heute am häufigsten verwendete Funktionsprinzip von Lidar - aber gelegentlich stößt man auch noch auf andere Lidar-Typen. Hier erst einmal eine kurze Zusammenfassung wichtiger Termini.
- Flugzeit-Lidar: Mit diesem Begriff sind Sie möglicherweise schon vertraut. Die Flugzeit bezeichnet die Zeit, die vergeht zwischen Aussenden und Zurückkehren eines Laserstrahls vom bzw. zum Sensor. Da der Bordcomputer die Lichtgeschwindigkeit und die Flugzeit des Lasers kennt, kann er die Entfernung zum Objekt berechnen.
- Phasenverschiebungs-Lidar: Diese Art von Lidar basiert (ebenso wie der Flugzeit-Lidar) auf Licht. Der Unterschied besteht darin, dass dieses System einen ununterbrochenen Strahl und keine Impulse aussendet und zur Entfernungsbestimmung Wellenformen und nicht die vergangene Zeit misst.
So funktioniert es: Der Lidar-Scanner moduliert den Strahl, indem er die Energie in regelmäßigen Intervallen reduziert und erhöht. Würde man die Energieniveaus über die Zeit abbilden, sähe das Diagramm wie eine Sinuskurve aus.
Wenn diese Welle auf ein Objekt trifft, wird sie zum Sensor zurück reflektiert. Durch den Vergleich der Differenz zwischen der ursprünglichen Welle und der reflektierten Welle - oder ihrer Phasendifferenz - kann der Sensor die Entfernung zum Objekt bestimmen. Dies ist schneller als Flugzeit-Lidar, hat aber auch Nachteile, auf die wir hier jedoch nicht näher eingehen werden. - Festkörper-Lidar: Einfach ausgedrückt: Lidar auf einem Mikrochip.
Diese Technologie kann man am besten verstehen, wenn man Lidar-Sensoren mit Computern vergleicht. (Zu diesem Thema finden Sie hier einen interessanten Artikel.) Sowohl bei Computern als auch bei Lidar-Sensoren waren die Erstmodelle noch recht groß und sperrig. Sie bestanden aus einzelnen mechanischen Teilen sowie Transistoren, Widerständen und Kondensatoren.
Mit Aufkommen des Mikrochips in der Computertechnik wurden viele dieser Teile erheblich verkleinert. Festkörper-Lidar erfüllt dieselbe Aufgabe und wird daher gerne für Anwendungen im Bereich Robotik oder autonomes Fahren eingesetzt.
- Flash-Lidar: Einen Flash-Lidar kann man sich als einen einzigen Solid-State-Lidar-Chip vorstellen, der sowohl als Kamera als auch als Blitzgerät fungiert, um ein 3D-Bild zu erfassen.
Bei der Aufnahme sendet jedes Pixel auf dem Chip Licht ab, das das Sichtfeld überflutet. Wenn das Licht von den Objekten reflektiert wird und zum Sensor zurückkehrt, erfasst jedes Pixel auch 3D-Daten.
Mit anderen Worten: Ein Blitz-Lidar erfasst sein gesamtes Sichtfeld mit einem einzigen Impuls, wie ein Schnappschuss. Aus diesem Grund beschreibt Wikipedia sie auch als eine Kamera, die 3D-Informationen statt Farben aufnimmt.
LiDAR vs. Lidar
Wahrscheinlich haben Sie den Namen dieser Technologie schon in beiden Schreibweisen gesehen. Apple beispielsweise nutzt die erste Schreibweise, das Lidar Magazine die zweite. Welche ist nun richtig?
In ihren Anfängen wurde sie "LiDAR" genannt, ein Akronym fürLight Detection And Ranging. Doch in den letzten Jahren ist LiDAR zu einem wichtigen Wegbereiter für beliebte Technologien wie das Metaverse geworden. Bis zum Jahr 2022 hat sich das Wort vollständig in den allgemeinen Sprachgebrauch eingebürgert und wird nun häufiger einfach als "Lidar" bezeichnet.
Es gibt jedoch eine (zugegeben jedoch nicht sehr heftig diskutierte) Kontroverse darüber - und einige Hersteller und Veröffentlichungen verwenden immer noch den traditionelleren Begriff „LiDAR“. Ich für meinen Teil glaube, dass „Lidar“ bleiben wird. Schauen Sie sich an, was aus dem Wort „Radar“ geworden ist, das früher ein Akronym für Radio Detection And Ranging.
Wann haben Sie jemals das Wort RaDAR in gedruckter Form gesehen? Ich auch nicht.
Sie haben noch weitere Fragen?
Mein Ziel war es, einen verständlichen Überblick über das Thema Lidar zu geben, ohne dabei unnötig ins Detail zu gehen. Wenn Sie weitere Fragen zu Lidar haben, die ich und die Experten und Expertinnen von NavVis beantworten sollen, scheuen Sie sich nicht, Kontakt aufzunehmen. Hier erfahren Sie mehr über die NavVis Reality Capture Lösung.
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.