Het woord LiDAR, waarin "Li" staat voor "light", staat voor een opto-elektronisch apparaat voor echolocalisatie. In plaats van radiogolven zendt een lidar een pulserende laserstraal uit. Met de weerkaatsing van die straal wordt de afstand bepaald tot een obstakel dat het licht reflecteert. Het woord is op dezelfde manier opgebouwd als radar, en het bestaat al vijftig jaar, maar de laatste tijd horen we het steeds vaker. De eerste reden waarom dat zo is, is dat we nooit eerder zoveel gesproken hebben over autonome voertuigen, noch van mobiele robots die zich in een onbekende omgeving kunnen bewegen en die in real time in kaart kunnen brengen.
De tweede reden is de komst van goedkope lidars, die binnen ieders bereik liggen, maar erg interessante mogelijkheden bieden. Beetje bij beetje is er open source-software ontwikkeld waarmee we hier gebruik van kunnen maken. Ook daarmee kunnen we van nu af aan het experimentele stadium verlaten.

Lidar, Arduino, Raspberry Pi, TOF, laser en de rest

Zelfs wie geen specialist is op dat gebied, kan met een lidar, vast, heen-en-weer gaand of draaiend, en een Arduino (of een Raspberry Pi) heel ver komen bij het meten van afstanden of de digitalisering van een voorwerp door echolocalisatie. Het is met lidar zelfs mogelijk om met een nauwkeurigheid tot op enkele centimeters een groot geaccidenteerd gebied in reliëf (3D) in kaart te brengen. Daarbij kan het bereik wel oplopen tot enkele honderden kilometers! De toepassingsgebieden zijn onder meer reconstructies in 3D van omgevingen (architectuur, stedenbouw, speleologie, archeologie), telemetrie in real time voor de automatische besturing van voertuigen op het land of in de lucht, snelheidscontrole op wegen (flits!), nauwkeurige topografie van de aarde of van andere rotsachtige lichamen in ons zonnestelsel. Of zelfs in de bosbouw voor het observeren van het bladerdak.

Triangulatie, fasedetectie, vluchttijd (ToF)

Maar voordat we ons storten op het snel detecteren van obstakels, of het meten van afstanden en cartografie, moeten we vertrouwd raken met de verschillende meetprincipes, zoals triangulatie of fasemeting van een gereflecteerde golf of zelfs de meting van de "vluchttijd" ( TOF = time of flight) van het licht. We moeten op zijn minst gebruik maken van sensoren en software die dit soort dingen voor hun rekening kunnen nemen.
Niets is zo goed om hierover te leren als enkele korte, goede video’s.
In de eerste zien we een lidar die is gemonteerd op een heen-en-weer gaande arm die wordt bestuurd door een Arduino en een heel fraai resultaat geeft.
 

In dit filmpje zien we een vaste ToF-lidar die de afstand meet in real time:
 
 
En hier zien we een draaiende lidar YDLiDAR X4 die wordt gebruikt met het programma Google Cartographer voor een spectaculair staaltje van cartografie.
 

Op zijn YouTube-kanaal laat dezelfde maker andere toepassingen van cartografie zien met ROS, YDLIDAR X4 en een Raspberry Pi 3B+.
In de Elektor-shop zijn allerlei nieuwe producten te vinden waarmee dit soort experimenten mogelijk zijn (zie onder).