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Was ist eigentlich Lidar?

Googles "Self-Driving Car" (auch Roboterauto genannt). Foto: Google

Googles “Self-Driving Car” ist mit Lidar ausgerüstet – erkennbar an dem dunklen Dom auf dem Autodach. Foto: Google

Wofür die lasergestützte Ortungstechnologie gut ist

Vor allem durch die Diskussionen um autonom fahrende Autos ist die Lidar-Technologie neben Radar und anderen Erkennungsmethoden bekannter geworden. Im Kern handelt es sich um eine laser-gestützte Methode, mit der vor allem Autos und Roboter Hindernisse erkennen.

Was bedeutet “Lidar”?

Dabei steht „Lidar“ für „light detection and ranging“, also Licht-Erkennung und -abstandsmessung. Zu unterschieden davon ist Radar („radio detection and ranging“), das mit Funkwellen statt Laserstrahlen Objekte (zum Beispiel Flugzeuge) entdeckt.

Wie funktioniert Lidar?

Das Grundprinzip: Ein mit Sensoren gekoppelter Laser sendet gebündeltes Licht aus, beispielsweise unsichtbares Infrarot-Licht. Trifft der Strahl auf ein Hindernis – zum Beispiel einen Fußgänger, ein anderes Auto oder eine Nebelwolke, wird er teilweise gestreut und teilweise zurückgeworfen. Trifft das reflektierte Licht wieder die Sensoren am Ausgangspunkt, kann eine Elektronik einerseits die die Form des Hindernisses rekonstruieren. Anderseits lässt sich aus der Laufzeit des Lichtsignals („Time of Flight“ = TOF) berechnen, wie weit das Objekt entfernt ist. Durch mehrere Messungen hintereinander lässt sich auch das Tempo ermitteln, mit der sich das Objekt – zum Beispiel ein entgegenkommendes Auto – nähert.

Erklär-Animation von Mike1024 auf Wikipedia (gemeinfrei) zum 2D-Lidar:

Erklär-Animation von Mike1024 auf Wikipedia (gemeinfrei) zum 2D-Lidar

Als neuer Alternative gibt es das sogenannte Dauerstrich-Lidar („Frequency-modulated continuous wave“ = FMCW), das nicht nur Laserimpulse aussendet, sondern ununterbrochen die Umgebung abtastet.

Kann Lidar bei Nacht und Nebel sehen?

Im Grundsatz: ja. Denn Infrarot-Sensoren liefern auch bei Dunkelheit Wärmebilder. In dieser Hinsicht ist es Kameras und menschlichen Augen überlegen.

Wie weit kann Lidar sehen?

Oft werden Nah- und Fernsichtsysteme gekoppelt, da einige Lidar-Systeme besser bis 50 Meter, andere besser bis 200 Meter weit sehen.

Reicht Lidar für die Umgebungserkennung aus?

Mobile Industrie-Roboter arbeiten teilweise ausschließlich mit Kamera- oder Lidar-Systemen. Aber für autonome Autos, die mit hoher Geschwindigkeit durch den komplexen verkehr einer Großstadt oder auf Autobahnen navigieren sollen, reicht das nicht. cDaher setzen die meisten Konzepte für autonome Autos darauf, mehrere Erkennungstechnologien zu kombinieren, also Radar mit Lidar, Hochgeschwindigkeitskameras, Ultraschallortung und anderen Sensoren.

Werbevideo von Waymo
für autonomes Fahren
u.a. mit Lidar

Allerdings lehnt beispielsweise Tesla-Chef Elon Musk, der seine Elektroautos beizeiten auch mit Autopiloten-Funktionen ausgerüstet hat, Lidar als zu teuer und als unnötig ab. Andere Experten meinen hingegen, dass Lidar einerseits gut darin sei, Fußgänger bei Nacht zu erkennen und andererseits bei widersprüchlichen Meldungen von den Bord-Kameras und vom Radar den Ausschlag für eine Lenk- oder Bremsentscheidung geben kann.

Autor: Heiko Weckbrodt

Quellen: IDTechEx, Wikipedia, „Mikrochip-Abc – Spannende Welt der Mikroelektronik“, Hsg.: Ingolf Seifert und Henry Wojcik, Oiger-Archiv