Schwerpunkte

Hoch skalierbare LiDAR-Technologie

So entstehen LiDAR-Punktwolken

15. Februar 2021, 16:40 Uhr   |  Nicole Wörner

So entstehen LiDAR-Punktwolken
© Blickfeld

Der Scanning-LiDAR von Blickfeld produziert eine besonders auffällige Punktwolke: Sie ist augenförmig und höchst flexibel anpassbar. So lassen sich etwa die Anzahl der Scanlinien, das Sichtfeld und der Abstandswinkel der einzelnen Punkte konfigurieren.

Das Start-up Blickfeld hat eine neuartige Solid-State-LiDAR-Technologie entwickelt. Herzstück ist ein patentierter Silizium-MEMS-Spiegel, der eine hohe Auflösung, große Reichweite und ein weites Sichtfeld ermöglicht – und das bei kleiner Baugröße und geringen Kosten.

Das autonome Fahren hat LiDAR in den letzten Jahren in aller Munde gebracht und die Technologie in eine Vorreiterrolle katapultiert. Auch weit über die Anwendung im Fahrzeug hinaus ermöglichen LiDAR-Sensoren inzwischen zukunftsorientierte Applikationen etwa in der Logistik, der Landwirtschaft oder im Smart-City-Bereich. Die LiDAR-Daten werden dabei für das menschliche Auge zunächst ungewohnt, für Computer aber bestens zu verarbeiten in so genannten Punktwolken dargestellt. 

Um zu verstehen, wie die Darstellung der Daten in dieser Form zustande kommt, muss man zunächst einen Blick auf die verschiedenen LiDAR-Technologien und ihre Funktionsweisen werfen. Denn je nach Technologie sieht auch die Punktwolke unterschiedlich aus. 

Verschiedene LiDAR-Technologien

LiDAR-Sensoren sind lichtbasierte Messinstrumente: Indem Licht ausgesendet, von einem Objekt reflektiert und vom Sensor wieder erfasst wird, ermitteln sie die Distanz zwischen Sensor und Objekt. Auf dieser Basis wurden mehrere Technologien entwickelt, um das Umfeld zu erfassen. Bei der Flash-Technologie etwa wird die gesamte Szene gleichzeitig beleuchtet und die reflektierten Signale werden aufgefangen. So entsteht eine flächige Punktwolke. Weiter verbreitet sind jedoch so genannte Scanning-LiDAR-Sensoren. Sie senden, wenn sie auf dem Laufzeitprinzip basieren, einzelne Laserpulse aus, die dann über die Szene abgelenkt werden. Wie diese Ablenkung funktioniert, teilt wiederum die scannenden Sensoren in unterschiedliche Gruppen. Es gibt beispielsweise Sensoren, die rotieren und damit die Laserquellen in 360° auf die umliegende Szenerie ablenken. Dabei sind zahlreiche Laser übereinander angeordnet, sodass in der Punktwolke einzelne Kreise zu erkennen sind. 

Der Clou: Solid-State-Sensoren 

Die Blickfeld-Sensoren hingegen, anhand derer die Entstehung von Punktwolken illustriert werden soll, sind so genannte Solid-State-Sensoren, was bedeutet, dass sie keine rotierenden Elemente verbaut haben und dadurch eine deutlich kleinere Baugröße aufweisen. Im Sensor selber ist lediglich eine einzige Laserquelle verbaut, die die Laserpulse aussendet. Ohne die so genannte Strahlablenkungseinheit würde der Laser also an nur genau einem Punkt und in eine Richtung Informationen sammeln. Die Strahlablenkungseinheit sorgt jedoch dafür, dass die Laserpulse abgelenkt werden und somit ein größeres Sichtfeld über den einen Punkt hinaus erfasst werden kann. Das geschieht, indem sie den Strahl Zeile für Zeile ablenkt und damit die Umgebung „abscannt“, was den Namen dieser Art von LiDAR-Sensoren, den Scanning LiDAR, erklärt. 
 

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1. So entstehen LiDAR-Punktwolken
2. Zwei MEMS-Spiegel erzeugen das Scanmuster
3. Konfigurierbarkeit der Auflösung und Scanrate

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