У LiDAR есть много других применений, помимо приложений для сканирования смартфонов.
Большинство людей имеют некоторое представление о том, как работают радарные сканеры. Эти датчики, используемые в навигации на протяжении десятилетий, посылают радиосигналы во всех направлениях и измеряют время, необходимое для их отражения, что позволяет обнаруживать близлежащие объекты.
LiDAR расшифровывается как «Light Detection And Ranging» и похож на радар, но вместо этого использует лазеры. Датчики такого типа стали более широко известны среди покупателей, когда Apple начала включать их в свои устройства.
LiDAR Evolution: от лабораторий к устройствам Apple
Датчики LiDAR уже использовались задолго до того, как они появились в продуктах Apple. Эта технология была создана в 1960-х годах и была одним из первых применений лазерных лучей.
LiDAR и радар работают одинаково, но последний является несколько простым и лучше подходит для позиционирования, в то время как первый позволяет получать подробные трехмерные изображения. Кроме того, поскольку лазеры сохраняют высокое разрешение на больших расстояниях, чем радар, их можно использовать вместе со сканерами радиосигналов для получения более подробной информации.
Наконец, промышленные датчики LiDAR, подобные тем, которые используются в астрономии, достигают размера автомобиля, но те, которые предназначены для более коротких расстояний, могут быть намного меньше. Из-за этого возможные варианты использования сильно различаются.
Крупномасштабное использование LiDAR
LiDAR десятилетиями использовался в основном для крупномасштабных приложений, таких как промышленность, правительство и наука.
1. Исследование космического пространства
С момента своего изобретения LiDAR предназначался для 3D-картографии. Во время экспедиции «Аполлон-15» в 1971 году астронавты использовали датчики LiDAR для составления карты поверхности Луны.
Эта же технология используется и в наши дни. Вертолет Ingenuity, отправленный НАСА на Марс, использует сканеры LiDAR для полуавтономной работы, особенно во время взлета и посадки. Поскольку для передачи информации с Земли на Марс и отправки команд обратно на Красную планету требуется семь минут, Ingenuity должен запускаться и состыковываться самостоятельно.
2. Глубоководные исследования
У LiDAR есть и более наземные приложения. Например, научные корабли используют сканеры LiDAR в своих корпусах для создания 3D-версий морского дна.
Это позволяет лучше понять дно океана и может быть использовано для картирования подводных горных цепей и других особенностей морского дна. Подводные транспортные средства (пилотируемые или нет) могут использовать LiDAR для еще более детального сканирования своего окружения.
3. Экология
Что касается научного использования, датчики LiDAR также можно использовать для измерений окружающей среды. Одним из первых применений, еще в 1960-х годах, было измерение естественных и загрязняющих облаков в городских условиях.
Кроме того, LiDAR, встроенные в самолеты или спутники, также используются для картографирования растительности, что позволяет контролировать вырубку лесов. Лесовосстановление также можно измерить, сравнив рост деревьев на определенной территории в течение заданного периода времени.
4. Топография и геология
До того, как датчики LiDAR стали широко доступны для промышленного использования, карты высот создавались путем объединения обычных фотографий и данных радара. Самолет пролетал над областью, которую нужно нанести на карту, с камерой, делающей снимки с воздуха, и радаром, излучающим радиосигналы.
Это требовало двухэтапного подхода: журналы радара нужно было синхронизировать с временными метками фотографий после приземления самолета, что делало задачу трудоемкой. Используя сканеры LiDAR, 3D-картирование выполняется — игра слов — на лету, а фотографии используются в качестве дополнительного уровня детализации.
Поскольку разные почвы поглощают лазер по-разному, этот подход также можно использовать для изучения состава почвы. Для геологов это означает, что еще один шаг исследования становится намного быстрее, поскольку датчики LiDAR частично выполняют исследование на месте.
5. Транспорт и трафик
Разработка и эксплуатация транспортных систем также упрощаются с использованием датчиков LiDAR. Интересно, что у LiDAR есть много применений в транспорте, например, измерение точного количества транспортных средств, которые используют заданный путь, поэтому для этой дороги можно разработать лучшее планирование.
В наблюдении за дорожным движением также используются сканеры LiDAR. Стационарные используются для мониторинга состояния дорог в режиме реального времени, а подвижные могут быть установлены как высокоэффективные ловушки скорости. Они работают лучше, чем ловушки на основе радара, поскольку могут обнаруживать номерной знак нарушившего правила автомобиля при сканировании.
Потребительское использование LiDAR
Поскольку Apple включила LiDAR в свою линейку iPad Pro 2020 года, многие электронные устройства начали интегрировать LiDAR. Хотя ни один другой бренд пока не использует LiDAR в своих телефонах или планшетах, производители Android, как правило, предпочитают Датчики времени пролета (ToF)— во многих электронных устройствах, которые мы используем ежедневно, есть LiDAR.
1. Роботы-пылесосы
В то время как роботы-пылесосы начального уровня для выполнения своей работы полагаются исключительно на датчики приближения и запоминание расстояний, лучшие роботы-пылесосы есть много другой техники. Датчики LiDAR являются одними из них.
Для этого типа устройств LiDAR позволяет точно отображать окружающую среду. Обладая этой информацией, он не будет пытаться высосать потерянную деталь LEGO из земли и сможет лучше распознавать небольшие зазоры между мебелью для лучшей уборки.
2. Беспилотные автомобили
Датчики приближения на транспортных средствах не являются чем-то новым: они десятилетиями помогают нам избежать незначительных проблем с парковкой. Однако беспилотным автомобилям нужны передовые технологии, чтобы избежать серьезных аварий.
Из-за этого LiDAR является важной частью систем безопасности в большинстве автономных транспортных средств. Это позволяет в режиме реального времени получать подробную и обширную информацию об окружении автомобиля, включая здания, другие транспортные средства и, что более важно, людей.
Одним заметным исключением является Tesla, которая использует датчики LiDAR на своих прототипах для тонкой настройки своей системы автономного вождения. В автомобилях, которые они продают, есть только камеры для предотвращения столкновения. Однако, Автопилот Tesla не известен своей образцовой безопасностью.
3. Архитектура и дизайн интерьера
Есть много Приложения с поддержкой LiDAR для iPhone и iPad, в том числе для архитектуры и декора. Но профессионалам могут потребоваться более продвинутые инструменты для выполнения задачи.
Специальные датчики LiDAR позволяют архитекторам и дизайнерам интерьеров создавать точные трехмерные карты внутренних и наружных пространств. Используя их, они экономят время на измерения и могут лучше разрабатывать решения для своих клиентов.
Сканеры LiDAR для архитектуры также интегрируются с программным обеспечением для 3D-моделирования, используемым профессионалами для создания зданий и мебели. Имея все данные вместе, они могут гарантировать, что в реальной жизни проект будет максимально похож на цифровые макеты.
LiDAR — это гораздо больше, чем просто Apple
Apple заслуживает похвалы за предоставление пользователям таких полезных технологий, как LiDAR. Но история LiDAR началась не в Купертино; и это не закончится там.
Большинство из нас ежедневно полагаются на датчики LiDAR — для поездок на работу, уборки дома, даже для здания, в котором мы живем, — и могут даже не подозревать об этом. Ну, теперь вы делаете.
