Verfahren zur Umfelderfassung im Outdoor-Bereich – Teil 3

Im ersten Teil unserer kurzen Übersicht über Verfahren zur Umfelderfassung im Outdoor-Bereich haben wir uns mit der Lichtlaufzeitmessung (Time-of-Flight) sowie der Radartechnologie auseinandergesetzt. Im zweiten Teil wurden die Verfahren Ultraschall und Mono/Stereo Video vorgestellt. In diesem dritten und letzten Teil unserer Artikelreihe wollen wir uns nun die Lasertechnologie genauer anschauen.

Umfelderfassung mit Laser/LiDAR

Bei der Messtechnik LiDAR (Light detecting and ranging) handelt es sich um ein optisches Messverfahren. Die Entfernung zu vorhandenen Objekten wird hier anhand der Zeit, welche ein Laserstrahl vom Sensor zum Objekt und wieder zurück benötigt, gemessen. Dies geschieht durch Laserimpulse und nicht durch einen Dauerstrahl. Vom Grundprinzip her, ähnelt das Verfahren also vor allem der Lichtlaufzeitmessung mit Hilfe von PMD-Sensoren, die in TOF-Kameras zum Einsatz kommen. Im Gegensatz zur TOF-Kamera erfasst die LiDAR-Technik jedoch nicht die komplette Szene in einem Augenblick, sondern tastet diese punktuell ab. In den meisten Fällen kommt dazu ein rotierender Spiegel zum Einsatz. Dadurch wird der Laserstrahl abgelenkt, wodurch er eine kreisrunde Ebene beschreibt. Die Sensoren, die hierfür mit beweglichen Teilen ausgestattet sind, werden im alltäglichen Sprachgebrauch meistens als Laserscanner bezeichnet.

Die führenden Hersteller im Bereich der LiDAR-Technologie sowie einige aufstrebende Start-ups arbeiten jedoch mittlerweile auch an einer neuen Generation von LiDAR-Sensoren. Diese kommen ohne bewegliche Bauteile aus und erstellen das Abbild der Umgebung z.B. mit Hilfe von rasterförmig angeordneten Laserarrays. Diese Art der Sensoren werden meistens als Solid-State-LiDAR-Sensoren bezeichnet. Laserscanner oder Solid-State-LiDAR-Sensoren erschaffen so eine Punktewolke, die aus vielen einzelnen Abstastpunkten besteht und somit konkrete Objekte abbildet. So erstellt diese Messtechnik in Echtzeit ein virtuelles Abbild der realen Welt.

LiDAR-Verfahren in unterschiedlichsten Anwendungen verbreitet

Ein weit verbreitetes Einsatzgebiet der LiDAR-Technologie ist die Entfernungsmessung auf dem Bau. Dazu gibt es mittlerweile kostengünstige Gerätschaften in beinahe jedem Baumarkt, die eine hochgenaue und schnelle Abstandsmessung erlauben. Selbst die Erkennung von Wolken, Staub und Gasen kann in den meisten Fällen realisiert werden. Weitere Verwendung findet das LiDAR-System außerdem bei mobilen Geschwindigkeitskontrollen, bei Messsystemen wie der Windmessung, der Dichtheitsüberprüfung von Erdgasanlagen und in weiteren vielfältigen Bereichen. Außerdem sind LiDAR-Sensoren im Bereich der Indoor-Navigation von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) stark verbreitet und werden auch bei unbemannten Outdoor-Fahrzeugen gerne eingesetzt.

Simulation der Umfelderfassung mit Hilfe eines Laserscanners in einer Reihenkultur

Simulation der Umfelderfassung mit Hilfe eines 2D-Laserscanners in einer Reihenkultur

Fazit

Grundsätzlich hat jede Form der Umfelderfassung ihre Vor- und Nachteile. Es ist je nach Anwendungsfall einzeln zu entscheiden, welche Hilfsmittel zur Erfassung des direkten Umfelds zu wählen sind. Man kann nicht pauschal für alle Anwendungen ein Verfahren wählen. Aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Verfahren und weiterer Eigenheiten hat jedes System seine Grenzen und Möglichkeiten – dies ist vor dem Kauf zu analysieren. In vielen Fällen ist es auch nötig verschiedene Sensorsysteme miteinander zu fusionieren, um die benötigten Informationen über das direkte Umfeld zu erhalten. Die Robot Makers GmbH steht Ihnen als Experte im Bereich der mobilen Automation bei der Wahl des richtigen Verfahrens zur Umfelderfassung und den Möglichkeiten zur Sensordatenfusion gerne zur Seite. Nehmen Sie dazu einfach unverbindlich Kontakt mit uns auf.

Hier geht es zu den weiteren Artikeln der Artikelserie in unserem Blog:
Teil 1
Teil 2

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