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Hoch skalierbare LiDAR-Technologie

So entstehen LiDAR-Punktwolken

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

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Konfigurierbarkeit der Auflösung und Scanrate

Die Eigenschaften der Spiegel bestimmen im gesamten Vorgang maßgeblich die Gestaltung des Scanpatterns und des Sensor-Sichtfelds. Besonders die Größe der Spiegel ist ausschlaggebend, da sich diese natürlich auf ihr Gewicht auswirkt. Dieses wiederum senkt die so genannte Eigenfrequenz, mit der die Spiegel schwingen, sobald sie einmal in Bewegung gesetzt wurden. Die Eigenfrequenz bestimmt die Zeit, die benötigt wird, um eine Scanlinie zu scannen.

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Mit der Größe der MEMS-Spiegel von Blickfelds Industrie-LiDAR „Cube 1“ und ihrer dementsprechenden Eigenfrequenz lassen sich maximal ca. 500 Scanlinien pro Sekunde erzeugen. Diese sind flexibel konfigurierbar und können je nach Anforderung angepasst werden. So kann beispielsweise eine hohe Anzahl an vertikalen Scanlinien pro Frame eingestellt werden, um eine besonders hohe Auflösung der Punktwolke zu erzielen. Je mehr Scanlinien pro Frame erzeugt werde, desto länger dauert es auch, bis das gesamte Sichtfeld abgetestet wurde. Mit den maximal möglichen ca. 500 Scanlinien würde die Szene also einmal pro Sekunde erfasst, jeder Bildpunkt also einmal pro Sekunde gemessen. Das kann für bestimmte Anwendungen wie etwa in Security-Anwendungen eine zu niedrige Scanrate sein, da in einer Sekunde viel passieren kann. Hier muss also abgestimmt werden, wie hoch die benötigte Auflösung und dazu im Verhältnis die Scanrate sein muss.

Nun sind die Scanlinien ja keine durchgehenden Linien, weil der Laserstrahl nicht kontinuierlich, sondern gepulst ausgesendet wird. Hierdurch bestehen die Scanlinien aus vielen einzelnen Punkten, über die sich ebenfalls die Auflösung der Punktwolke konfigurieren lässt. Soll die horizontale Auflösung erhöht werden, muss der Abstand zwischen dem Aussenden der Laserpulse verringert und damit die so genannte Puls-Frequenz erhöht werden. Die Puls-Frequenz wird von der Abwärme der Laser-Diode und der notwendigen Einhaltung der Augensicherheit bestimmt. Die horizontale Auflösung kann zudem darüber eingestellt werden, dass die Punkte entweder in parallelen vertikalen Linien ausgesendet werden, oder dass sie versetzt gepulst werden, sodass der Punkt in der nächsten Reihe immer zwischen zwei Punkten in der Reihe darüber liegt.

Flexible Konfiguration für zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten

All diese Einstellungen – die flexible Anzahl an Scanlinien, die einstellbare horizontale Auflösung – live in der Benutzeroberfläche und natürlich über die API vorgenommen werden können. Sie können also je nach aktueller Anwendung und den entsprechenden Anforderungen angepasst werden – und auch im Betrieb umgestellt werden.

So lassen sich die LiDAR-Sensoren für jede Anwendung individuell konfigurieren. Sollen beispielsweise Fahrzeuge vor einer Mautstation erfasst werden, um den Bezahlprozess zu automatisieren, wird keine besonders hohe Scanrate benötigt, da die Fahrgeschwindigkeit im Mautstationsbereich gering ist. Die Scanrate kann also zu Gunsten der Auflösung heruntergeschraubt werden, da eine hohe Auflösung in diesem Beispiel benötigt wird, um die unterschiedlichen Fahrzeuge voneinander zu unterscheiden. In Smart-City-Anwendungen beispielsweise können schnell fahrende Autos ebenso mit dem Sensor erfasst werden, wie eine präzise Anzahl von Menschen in einer Menge. Diese Flexibilität ist ein großer Vorteil des konfigurierbaren Scanpatterns.