Jak działa LiDAR

Zasada działania — światło które mierzy

Każdy LiDAR działa według tej samej podstawowej zasady: emiter wysyła impuls laserowy (najczęściej w podczerwieni — 905 nm lub 1550 nm), impuls odbija się od obiektu, detektor rejestruje echo, elektronika oblicza odległość na podstawie czasu przelotu (odległość = czas × prędkość światła / 2). Powtarzając pomiar tysiące lub miliony razy na sekundę, kierując wiązkę w różnych kierunkach, LiDAR buduje chmurę punktów (point cloud) — trójwymiarowy zbiór punktów odwzorowujący otoczenie.

Metody pomiaru

ToF (Time of Flight) — bezpośredni pomiar czasu przelotu impulsu. Najprostsza i najpopularniejsza metoda. Krótki impuls laserowy, precyzyjny zegar, szybki detektor. Zasięg: do kilku kilometrów (lotniczy). Ograniczenie: mierzy tylko odległość, nie prędkość obiektu. FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) — nowa generacja. Emiter wysyła ciągłą wiązkę o zmieniającej się częstotliwości. Odbity sygnał jest mieszany z wysyłanym — różnica częstotliwości daje odległość, przesunięcie Dopplera daje prędkość. Wynik: 4D (x, y, z + prędkość). Kluczowe dla autonomicznych pojazdów — od razu wiesz który obiekt się porusza i jak szybko. Producenci: Aeva, Silc, Aurora (FirstLight). Fazowy (phase-shift) — ciągła wiązka modulowana sinusoidalnie. Odległość obliczana z przesunięcia fazy między wysłanym a odebranym sygnałem. Bardzo szybki (miliony punktów/s), precyzyjny, ale krótki zasięg (do 100–300 m). Używany w skanerach naziemnych (TLS).

Długość fali

905 nm: tańsze lasery i detektory (standardowy krzem), ale: moc ograniczona przepisami eye-safe (niebezpieczne dla siatkówki), krótszy zasięg, interferencja ze światłem słonecznym. 1550 nm: bezpieczne dla oczu (pochłaniane przez ciecz szklistą — nie docierają do siatkówki), wyższa dopuszczalna moc = dłuższy zasięg, ale: droższe detektory (InGaAs zamiast Si). Trend: automotive przechodzi na 1550 nm (bezpieczeństwo + zasięg).

Kluczowe parametry

Zasięg: od 6 m (odkurzacz) po 10+ km (lotniczy). Rozdzielczość kątowa: ile stopni między kolejnymi pomiarami — mniejsza = gęstsza chmura. Częstotliwość skanowania: ile pełnych obrotów/s (typowo 10–20 Hz). Gęstość punktów: od tysięcy (automotive) po miliardy (TLS) na sekundę. FOV (pole widzenia): 360° (mechaniczny) vs 60–120° (solid-state). Dokładność: od ±30 cm (budżetowy) po ±1 mm (TLS). Klasa bezpieczeństwa: Class 1 eye-safe (obowiązkowe w produkcie konsumenckim).