تکنولوژی LiDAR

تکنولوژی LIDAR (لیدار) مخفف عبارت(Light detection and ranging) است و معنی لفظی آن، تشخیص و اندازه‌گیری فاصله با استفاده از نور است. این تکنولوژی پیشینه‌اش به سال ۱۹۶۰ برمی‌گردد و در ابتدا باهدف پایش ماهواره‌ها و اهداف نظامی ساخته‌شده بود.  لیدار، یکی از فناوری‌های سنجش از راه دور است که با تاباندن لیزر به هدف و تجزیه‌وتحلیل نور بازتاب شده، فاصله را اندازه می‌گیرد یعنی  استفاده از نور برای تشخیص محل قرارگیری اشیا. در این تکنولوژی با محاسبه مدت‌زمان رفت‌وبرگشت نور یا لیزر از حس‌گر به سمت اشیا و بلعکس، می‌توان فاصله آن‌ها از سنسور را محاسبه کرد.

لیدار با رادار تفاوت دارد و مهم‌ترین آن این است که رادار از طول‌موج‌هایی در ناحیه رادیویی استفاده می‌کند درحالی‌که لیدار طول‌موج‌های لیزری بکار می‌برد و از امواج الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند که طول‌موج‌های کوچک‌تری دارند و عمدتاً از طول‌موج‌های مرئی، فروسرخ نزدیک یا فرابنفش است.

در دهه ۱۹۸۰ میلادی با پیشرفت این تکنولوژی، این سیستم به‌صورت رایج برای نقشه‌برداری ساختمان‌ها و پستی‌وبلندی‌های زمین از طریق هواپیما مورداستفاده قرار گرفتند و اکنون نیز می‌توان هر چیزی، از اعماق اقیانوس‌ها گرفته تا طول غارها را اندازه‌گیری کرد و با ثبت و اندازه‌گیری مدت‌زمان بازگشت نور و همین‌طور زاویه‌ای که در آن منعکس می‌شود و ترکیب آن با اطلاعات ماهواره‌های GPS به ساخت نقشه‌های سه‌بعدی بسیار دقیق کمک بیشتری کرد، بنابراین با تاباندن لیزر به تمام نقاط اطراف خود می‌تواند تصویری سه‌بعدی از محیطی که در آن قرار دارد رسم کند. همچنین به علت اینکه لیدار به ذرات کلوئیدی موجود در هوا یا مایع و ذرات ابر حساس است می‌توان از آن با کاربردهای زیادی در تحقیقات هواشناسی و جوشناسی استفاده کرد. پتانسیل تکنولوژی لیدار به‌قدری بالا است که می‌تواند آلودگی را در هوا تشخیص دهد.

لیدار یک موج لیزری ارسال و منتظر می‌شود تا این موج به مانع برخورد کند و بازگردد، سپس با اندازه‌گیری زمان رفت‌وبرگشت فاصله آن نقطه تا خود را محاسبه می‌کند؛ بنابراین با تاباندن لیزر به تمام نقاط اطراف خود می‌تواند تصویری سه‌بعدی از محیطی که در آن قرار دارد رسم کند. فناوری لیدار امروزه کاربردهای فراوانی را ایجاد کرده است و از استفاده در خودروهای خودران گرفته تا نقشه‌برداری از شهرها، باستان‌شناسی، ربات‌های امدادگر و حتی جاروبرقی‌های خودکار. چندین نوع سیستم Lidar وجود دارد که ازجمله‌ی آن می‌توان به استفاده از تکنولوژی lidar درپهپادها و بالگردها اشاره کرد و سنسورهایی که روی آن‌ها برای تشخیص موارد مختلفی نصب‌شده است.

لیدار یک فناوری ادامه‌دار و درحال رشد است؛ اما برای استفاده در خودروهای خودران آماده نیست. این فناوری هنوز به دقت لازم برای آن‌که هدایت خودرو را از انسان بگیرد نرسیده است؛ به‌علاوه این‌که قیمت آن هنوز برای استفاده در همه خودروها بالا است. طی اخبار منتشرشده تسلا سازنده‌ی خودروهای خودران، تصمیم گرفته دیگر از این سیستم در خودروهای خود استفاده نکند و این تصمیم می‌تواند تأثیر فراوانی بر بازار این فناوری بگذارد.
البته تسلا جزو اولین شرکت‌هایی است که خودروهای خودران را معرفی کرده و سطوحی از آن را در خودروهای فعلی‌اش به کار گرفته است اما این شرکت نشان داده بدون استفاده از لیدار می‌تواند بسیار جلوتر از رقبایش (که از لیدار استفاده می‌کنند) پیش برود. ایلان ماسک مؤسس شرکت تسلا می‌گوید این فناوری را در موشک‌های اسپیس ایکس استفاده می‌کند و نیازی به وجود آن‌ها در خودروها وجود ندارد.

دراین‌بین خودروهای خودران دیگر مانند خودروی هوشمند گوگل، از سنسورهای  LIDAR بزرگ‌تری بهره می‌برند که روی سقف خودرو نصب‌شده است. خودروی گوگل از ماژول لیزر  VELODYNE 64 استفاده می‌کند. به هنگام رانندگی دور و اطراف خودرو به‌دقت موردبررسی قرار می‌گیرد و این ماژول با یک پردازنده قوی برای تهیه نقشه ۳۶۰ درجه بر روی سقف خودرو قرار می‌گیرد. لیزر تعبیه‌شده در این ماژول دائماً در حال چرخش ۳۶۰ درجه است تا محیط اطراف را با دقت اسکن کند. در این تکنولوژی استفاده‌شده توسط این شرکت، پالس‌های نور با اشیای موجود در محیط برخورد کرده و به سمت حسگر بازتاب می‌شود. این فرآیند چندین هزار بار در هر ثانیه انجام می‌شود تا نقشه‌ای دقیق و سه‌بعدی از محیط اطراف تشکیل گردد.

 البته شرکت خودروسازی  فورد نیز قصد دارد خودروهای سدان‌های فیوژن هیبریدی را به سنسور لیدار مجهز کند. این شرکت اعلام کرده قرار است  ۳۰ خودروی خودران در دست تولید را، به بازار ارائه و ناوگان فعلی خود در کالیفرنیا، آریزونا و میشیگان را سه برابر کند.

استفاده از تکنولوژی LiDar درگوشی‌های هوشمند

طی معرفی گوشی‌های جدید شرکت اپل، از قابلیت ویژه این گوشی‌ها نیز بهره‌برداری شد،  این شرکت توانسته برای سری آیفون جدید خود از این تکنولوژی بهره گیرد و درنهایت شاهد قابلیت هوشمندانه از این سری هستیم و باعث شده سیستم لیدار جذابیت این دیوایس ها را به طرز قابل توجهی افزایش دهد.

آیفون ۱۲ پرو و پرومکس دارای سنسور فوق‌العاده لیدار برای عکاسی می‌باشند و با پیکربندی دوربین سه‌گانه از یک سنسور LiDAR برای برنامه‌های مرتبط با AR برخوردار هستند. به گفته کاربرانی که از این دوربین استفاده کرده‌اند، سنسور لیدار آیفون ۱۲ پرو دارای کیفیت قابل قبولی است. البته اپل قبلاً از این تکنولوژی در IPAD های تولیدی خود نیز استفاده کرده بود اما سنسورهای  LiDAR گوشی آیفون 12 جدید نسبت به سنسور موجود در iPad Pro 2020 پیشرفته‌تر است. بر اساس گفته‌های اپل، حس‌گر لیدار درون آی پد پرو ۲۰۲۰ می‌تواند در فاصله‌ای تا سقف ۵ متر، تک‌تک فوتون‌های نوری را دست‌کاری کند و این پروسه در کسری از ثانیه انجام می‌شود.

اپل از طریق قرار دادن این سنسور در دوربین گوشی‌های خود، برای ایجاد نقشه سه‌بعدی محیط، داده‌های به‌دست‌آمده را توسط پردازند اختصاصی A12Z با داده‌های دوربین، حسگرهای حرکتی و الگوریتم‌های نوشته‌شده خود ترکیب می‌کند. نقشه‌های دقیق از محیط نه‌تنها به عملکرد گوشی در بخش AI و واقعیت افزوده کمک می‌کند، بلکه با تشخیص فاصله دقیق سوژه و اشیای محیط، در ایجاد عمق تصویر در عکاسی و فیلم‌برداری تأثیر بسیار زیادی دارد. همچنین می‌توان با استفاده از این تکنولوژی و ترکیب آن با واقعیت افزوده کارهای فوق‌العاده‌ای با گوشی انجام داد، می‌توان دربازی‌هایی باقابلیت واقعیت افزوده اشاره کرد که با ترکیب تکنولوژی لیدار کاراکترها را بسیار واقعی‌تر از همیشه در پشت دیوار و فنس‌های فلزی نمایش داد.

مواردی که از تکلنولوژی لیدار استفاده می شود

کشاورزی:

LiDAR می تواند برای ایجاد نقشه سه بعدی از یک زمین خاص مورد استفاده قرار گیرد. در این روش می توان شیب زمین در مناطق مختلف را بررسی کرد و همچنین مناطقی از زمین را که بیشتر در معرض نور خورشید قرار میگیرد را نشان داد . از این اطلاعات می توان برای شناسایی مناطقی که نیاز به آب یا کود بیشتری دارند استفاده کرد و به کشاورزان کمک کرد تا در هزینه نیروی کار، زمان و پول خود صرفه جویی کنند.

بررسی رودخانه:

LiDAR می تواند با نفوذ نور در آب، مورد استفاده قرار گیرد. از این تکنولوژی برای دیدن چیزهایی در زیر آب با ایجاد یک مدل سه بعدی بهره جست. اطلاعات زیر آب یک رودخانه می تواند به درک عمق، عرض، و جریان آب کمک کند. این کمک می تواند با نظارت بر دشت ها، از بروز سیل جلوگیری کرد.

مدل سازی آلودگی:

طول موج LiDAR کوتاه تر است. LiDAR می تواند ذرات آلاینده دی اکسید کربن، دی اکسید گوگرد، و متان را تشخیص دهد. این اطلاعات به محققان کمک می کند تا نقشه تراکم آلاینده منطقه را ایجاد کنند که می تواند برای برنامه ریزی بهتر شهر مورد استفاده قرار گیرد.

باستان شناسی:

LiDAR نقش مهمی برای باستان شناس برای درک سطح ایفا می کند. LiDAR می تواند میکرو تاپوگرافی را تشخیص دهد که توسط پوشش گیاهی پنهان شده است که به باستان شناس برای درک سطح کمک می کند.