Наверняка все, кто следил за линейкой устройств от Apple, обратили внимание на то, что в самых дорогих моделях появились сенсоры Lidar. Широко разрекламирована их возможность помогать в съемке более качественных фото, но что это за технология и для чего еще она нужна? Давайте разбираться.
Что такое лидар (LiDAR)?
Сам по себе лидар — это технология, активно использующаяся в геодезии и картографии. Она позволяет строить трехмерные модели и различные карты, будь то различные строительные объекты или природная окружающая среда.
Само слово lidar расшифровывается как Light Identification Detection and ranging — то есть измерение расстояний с помощью света. Это название неспроста звучит схоже со словом «радар» — принцип действия устройств очень схож, но в лидарах используются волны оптического диапазона (то есть световые лучи), а в радарах — радиоволны.
Принцип работы лидара
Впервые технология начала применяться еще в 60-е годы — тогда в сканерах lidar использовались лазеры, а сами устройства с этой технологией устанавливали на самолеты. Полноценно развернуть использование Lidar удалось лишь в 80-е, когда полученные с помощью сканеров данные можно было соотнести с информацией из систем GPS.
Рассказать о том, как работает лидар, достаточно просто: в каком-то смысле технологию можно описать как «бумеранг». В основе работы устройств типа lidar сканер лежит использование лазерных лучей. Сканер выпускает луч, который отражается от впереди стоящего объекта и возвращается в сканер. Зная скорость света (299 792 458 метров в секунду), они могут рассчитать, какое расстояние прошел луч до того, как отразился от объекта и вернулся в сканер. Обычно лидарные датчики могут генерировать по 1 000 000 таких импульсов в секунду, создавая таким образом массив точек, из которых в дальнейшем и строятся различные карты и модели.
То есть лидар — это, простыми словами, лазерный дальномер. Он составляет точные карты местности из набора координат, которые получает во время расчета траектории лазерных лучей, выпущенных из специального сканера.
Фото: Wired.co.uk
Ранее мы рассказывали:
Что такое GPS-система и как она работает
Где используют LiDAR
Сейчас технология лидар по-прежнему чаще всего используется для географических нужд и создания точных моделей и трехмерных карт местности. Хотя лидарами пользуются не только картографы, но и те ученые, кто изучает атмосферные явления. Например, климатологам LiDAR позволяет определять состав атмосферы и проводить исследование облаков, испарений, и на основе этих данных строить прогнозы по глобальному потеплению. Океанографы пользуются профессиональным лазерным дальномером для отслеживания береговой эрозии, а ботаники с помощью лидаров следят за состоянием лесов на Земле.
Фото: Oceanservice.noaa.gov
LiDAR отлично подходит для изучения газового состава атмосферы, потому что разные газы поглощают лазерные лучи с различной интенсивностью. И запустив луч с самолета с определенной высоты и зная, на каком уровне находится поверхность в этой точке, принцип работы лидара позволяет узнать, какие газы преобладают в этом конкретном месте. Такое использование лидара уже называют DiAL, то есть LiDAR с дифференциальным поглощением.
Также лидарами пользуются полицейские! То, что часто называют «полицейским радаром», на деле оказывается лазерным сканером, с помощью которого хранители правопорядка определяют нарушителей скоростного режима. Подобные портативные приборы чаще всего используют длину волны 905 нм, что является дешевым, безопасным и эффективным решением.
Помимо профессионального применения, точные датчики иногда используются и в более приземленных задачах. На основе данных с систем LiDAR строятся 3D-модели, проводятся 3D-сканирования различных объектов, а специалисты измеряют длину участков для кадастровых служб.
Фото: Oceanservice.noaa.gov
LiDAR в быту
Но для чего нужен лидар в повседневной жизни? На самом деле, мы сталкиваемся с лидарами сильно чаще, чем может показаться. Помимо уже упомянутых полицейских со скоростными лидарами и приборов для измерения расстояний (при кадастровых работах), лидары встречаются и в технике, которой мы ежедневно пользуемся.
Например, сегодня система мониторинга лидар встраивается в частные умные дома. Там лидары рассматриваются в качестве альтернативы другим датчикам, определяющими передвижение в пространстве.
А прямо сейчас системы LiDAR уже давно устанавливают на продвинутые модели роботов-пылесосов, что позволяет им создавать точную карту стен и препятствий, которые могут встретиться во время уборки квартиры. На практике это выглядит как отдельный блок, вращающийся на 360 градусов, — он-то и занимается лазерным сканированием. Впрочем, тут есть один забавный казус: лидар плохо справляется с зеркалами, поскольку принимает их не за препятствие, а за еще одно пространство.
По похожему принципу работают и лидары в умных автомобилях. Яндекс еще в 2021 году оснастил все свои беспилотные машины лидарами собственной разработки, что позволяет авто хорошо ориентироваться в местности, сверяя полученную с датчика информацию с установленным программным обеспечением и данными GPS-системы. При этом современный датчик lidar позволяет заблаговременно узнать обо всех происходящих событиях — например, лидар от «Яндекса» распознает легковые автомобили за 200 метров, а грузовые — за 500.
Фото: Википедия, Shvicha
На разработку собственного LiDAR у Яндекса ушло более двух с половиной лет, однако в итоге у них получилось устройство, лишенное подвижных частей. Это позволяет сохранять его работоспособность на более длительный период. Аналогичные датчики ставит на свои беспилотные автомобили и Mercedes-Benz, только немецкий производитель решил не сам разрабатывать решение, а заказал его у компании Luminar Technologies.
Зачем лидар в смартфонах и планшетах
В 2020 году в устройствах apple впервые появились датчики LiDAR — это были модели iPad Pro и iPhone 12 Pro/Pro Max. До сих пор наличие сенсора лидар является прерогативой высшего сегмента устройств калифорнийской компании. С помощью этого датчика некоторые функции девайсов выходят на совершенно новый уровень качества.
Так, например, сильно повышается естественность фотографий с эффектом боке. Именно LiDAR помогает объектам на переднем плане быть в идеальном фокусе — на телефонах без этого сенсора волосы, части ушей и другие небольшие объекты могут быть проигнорированы алгоритмом и затеряются на общем фоне. А благодаря применению лазерных дальномеров в айфонах детализация и качество таких фото значительно выросли.
Помимо боке, LiDAR также используется для улучшения ночных изображений. Так, в уже существующих моделях iPhone Pro и iPad Pro с лидаром скорость автофокуса и наведения в ночное время увеличивается в шесть раз, что позволяет сделать больше качественных фото без сбитого фокуса.
Устройства с поддержкой LiDAR также позволяют повысить точность измерения таких инструментов, как виртуальная линейка и дальномер. Каждый владелец современных iPhone и iPad может точно узнать габариты своей квартиры, вымерять длину и высоту стен и даже измерить кривизну пола. Точность полученных данных позволяет использовать эту информацию в настоящем строительстве и сэкономить на покупке дополнительного оборудования или услугах специалистов с помощью стандартных приложений apple.
Фото: yablyk.com
Перспективы развития технологи лидар
Серьезной перспективой для развития и еще более широкого использования технологии LiDAR является дополненная реальность. Также известная как AR, в отличие от полностью виртуальной реальности она базируется на работе с реальным изображением, а для точного определения объектов в пространстве сенсоры LiDAR гораздо лучше подходят, чем обработка информации с помощью нейросетей.
Это уже сейчас можно увидеть на примере той же техники Apple — компания развивает свое AR-направление еще с 2017 года, и особенно хорошо оно работает именно на устройствах с сенсорами LiDAR. Встроенные датчики способны измерять расстояние до объектов в пределах пяти метров, а затем объединять полученные данные с помощью систем компьютерного зрения.
С каждым крупным обновлением операционной системы Apple стремится представить и новый функционал для AR, в том числе развивая набор утилит для разработчиков ARKit. Вместе с выходом устройств с LiDAR компания как раз добавила в него возможность получать данные с помощью датчика лидар, что сильно улучшило качество отображения виртуальных объектов на экране смартфона.
Распространению LiDAR отчасти мешает высокая стоимость таких девайсов. В профессиональной технике используются точные сенсоры, и стоимость одной единицы может доходить до 800–1200 долларов. В бытовую технику, где дальность измерений существенно ниже, как и необходимость в точности, можно ставить датчики стоимостью до 100 долларов, но даже в случае с iPhone премиальных сегментов это практически одна десятая от его цены.
Если в будущем технология станет заметно дешевле, то и количество использующих ее производителей возрастет. А пока даже инноватор Илон Маск не спешит устанавливать LiDAR в свои автомобили Tesla: по заявлениям бизнесмена, это дорогая и бессмысленная технология, которую полностью сможет заменить набор камер и компьютерное зрение. Впрочем, пока что даже у автопилота Tesla случаются осечки.
Ранее мы рассказывали:
Что такое OLED-дисплей в телевизорах и почему вам нужен телевизор с такой технологией
Любите делиться своим мнением о технике? Тогда напишите обзор товара в «Эльдоблоге» и получите до 1000 бонусов на новые покупки!
