Lidar, Arduino, Raspberry Pi, Laser, ToF und mehr

27. September 2018, 15:00 Uhr
YDLidarX4 Elektor-TVBeim Begriff LiDAR kommt die Silbe „Li“ vom englischen „Light“. LiDAR ist ein Verfahren zur optoelektronischen Echolokalisierung. Anstelle von Funkwellen verschickt ein LiDAR einen gepulsten Laserstrahl, dessen Echo die Bestimmung der Entfernung zu jedem Hindernis, das Licht reflektiert. Ausgehend vom Akronym RADAR (RAdio Detection And Ranging) existiert diese Technik seit etwa fünfzig Jahren, aber es wurde noch nie so oft erwähnt wie in der letzten Zeit. Der Hauptgrund dafür ist, dass früher nicht von selbstfahrenden Autos oder von mobilen Robotern die Rede war, die in der Lage sind, sich in einer unbekannten Umgebung zu bewegen und diese in Echtzeit zu kartieren.
 
Der zweite Grund ist die Verfügbarkeit preiswerter LiDARs mit interessanten Spezifikationen, die für jedermann zugänglich sind. Mittlerweile ist der Einsatz von Open-Source-Software zur Steuerung eines LiDARs über die experimentelle Phase hinausgekommen.

Lidar, Arduino, Raspberry Pi, Laser, ToF und mehr

Auch ohne Spezialist für diese Techniken zu sein, kann man die Kombination eines LiDARs – ob fest, oszillierend oder rotierend – mit einem Arduino (oder einem Raspberry Pi) bei der Entfernungsmessung oder Digitalisierung eines Raumes durch Echoortung schon gut praktisch einsetzen. Die Möglichkeiten von solchen LiDARs bestehen in einer Genauigkeit von wenigen Zentimetern bei der Kartierung einer großen hügeligen Fläche. Aus großen Höhen kann sich die Reichweite auf Hunderte von Kilometern erstrecken. Zu den möglichen Anwendungen gehören das 3D-Scannen von Umgebungen (z.B. Architektur, Städte, Höhlen oder in der Archäologie), die Echtzeit-Telemetrie zur Steuerung von Boden- oder Flugfahrzeugen, die Geschwindigkeitssteuerung von Fahrzeugen (Blitzer!), die präzise Topographie der Erde oder anderer Körper im Sonnensystem oder auch in der Forstwirtschaft zur Beobachtung der Bewaldung.

Triangulation, Phasendetektion und ToF (Signallaufzeit) 

Bevor man versucht, Hindernisse zu erkennen oder Entfernungen zu messen und abzubilden, sollte man sich mit den verschiedenen Messtechniken vertraut machen. Gemeint ist z.B. Triangulation, Phasenmessung der reflektierten Welle oder die direkte Erfassung der Laufzeit des Lichts. Man sollte zumindest wissen, wie man die Sensoren und die Software zur Lösung dieser Probleme einsetzt.
 
Und wie kann man sich schöner informieren als mit mehreren kurzen und gut gemachten Videos?
 
Im ersten Video liefert ein festes Lidar, das auf einem von einem Arduino gesteuerten Schwenkarm montiert ist, erstaunliche Ergebnisse.
 

In dieser Sequenz misst ein fester ToF-LIDAR die Entfernung in Echtzeit:
 

Hier wird ein rotierender YDLiDAR X4lidar mit dem Google-Programm Cartographer für spektakuläres Mapping eingesetzt.
 

Auf seinem YouTube-Kanal bietet derselbe Autor weitere Anwendungen für das Mapping mit ROS, YDLIDAR X4 und einem Raspberry Pi 3 B+.
 
Im Elektor-Shop finden Sie ein ganzes Sortiment mehrerer neue Produkte, mit denen man solche praktischen Experimente durchführen kann (siehe unten).
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