ON Semiconductor

Tiefenerfassung im Automotive-Bereich

3. November 2021, 6:57 Uhr | Joseph Notaro

Mit Lidar lässt sich Tiefe und Entfernung schnell und genau bestimmen – sei es als einzelner Punkt oder als 3D-Karte eines Objekts oder eines großen Geländes. Doch wie funktioniert das im Detail?

Meist ist das menschliche Gehirn ganz gut darin, die relative Tiefe beziehungsweise Entfernung und Größe von Objekten abzuschätzen. Dies ist eine wesentliche Fähigkeit, gerade beim Führen eines Fahrzeugs. Bildgebende Systeme tun sich damit jedoch schwer, da Standard-Bildsensoren eine 3D-Szene mit einem 2D-Bild darstellen. Die Verwendung von zwei Bildsensoren in einer stereoskopischen Anordnung, die dem menschlichen Auge ähnelt, ermöglicht das Ableiten von Tiefendaten – allerdings mit Einschränkungen bei der Entfernungsgenauigkeit und der Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit.

Anders bei Nutzung der Lidar-Technologie: Lidar steht für ‚Light Detection and Ranging‘ und ist ein Verfahren zur Entfernungsmessung. Es basiert auf einem Laser und der Messung der Zeit, die der Laserstrahl benötigt, um von einem Objekt zurück reflektiert zu werden. Je nach Anwendung können verschiedene Wellenlängen zum Einsatz kommen; am häufigsten wird jedoch Infrarot (IR) verwendet Tiefendaten, die über Lidar bereitstehen, ermöglichen eine Messung unabhängig von den Lichtverhältnissen und beseitigen Mehrdeutigkeiten in einem Bild. So lassen sich Objekte innerhalb einer Szene unterscheiden und interpretieren. Durch die Kombination eines Lichtimpulses, der auf ein Objekt gerichtet und von diesem reflektiert wird, und einer genauen Zeitmessung lässt sich die Entfernung des Objekts berechnen.

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Autonome Wahrnehmung

Viele Anwendungen im Automotive-Bereich bieten sich für Lidar an, insbesondere in halbautonomen Fahrzeugen, die auf den SAE-Levels L3 bis L5 betrieben werden: von der Erfassung von Objekten in der Fahrzeugumgebung bis zur besseren Erkennung über Hunderte von Metern auf der Autobahn. Häufig kommt die Technik auch in Lieferrobotern und anderen Anwendungen zum Einsatz, die eine autonome Wahrnehmung erfordern.

Im Außenbereich bietet sich die Lidar-Technik an, um schnell und mit hoher Genauigkeit 3D-Tiefenkarten zu erstellen – ein Prozess, der mit herkömmlichen Vermessungstechniken tagelangen Aufwand bedeuten würde. So dient Lidar in der Landwirtschaft zur Vermessung von Feldern oder Flächen, um Karten zu erstellen und den Zustand der Pflanzen zu beurteilen. Auf diese Weise können Landwirte Ernte-Erträge modellieren und vorhersagen sowie die passenden Pestizide oder Düngemittel auswählen. Auch der Füllstand von Getreide in Silos und von Flüssigkeiten in Tanks kann mit Lidar sofort gemessen werden. Dazu muss das System lediglich oben am Silo respektive Tank angebracht werden, ohne dass ein Kontakt mit dem Inhalt erforderlich ist.

Umweltorganisationen verwenden Lidar, um die Abholzung von Wäldern zu bewerten, die Küstenerosion zu vermessen oder die Gletscherschmelze zu überwachen. Darüber hinaus ermöglicht die Montage von Lidar an unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) und Drohnen die Vermessung in abgelegenen, unzugänglichen Gebieten.

Und last but not least nutzen die Betreiber smarter Fabriken Lidar für fahrerlose Transportfahrzeuge (AGVs), die Rohmaterialien zur Verarbeitung und fertige Waren in den Versandbereich transportieren. Lidar hilft zum Beispiel bei der Ausführung von Präzisionsaufgaben und macht Roboter auf die Anwesenheit von Menschen aufmerksam, sodass die Arbeitssicherheit gewährt ist.