Forum: Digitale Signalverarbeitung / DSP / Machine Learning Lidar Detektor:Erkennen, dass man im Lidar Erfassungsbereich ist


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von Hans W. (wetterdaten)


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Hallo,

ich möchte nicht mit Lidar etwas erkennen, sondern ich möchte erkennen 
können, dass ich mich im Erfassungsbereich eines Lidars befinde. Das 
ganze soll nicht nur im Dunklen, sondern möglichst auch bei Tageslicht 
funktionieren.

Es soll möglichst ein digitales Signal anliegen, also im 
Erfassungsbereich eines Lidars ja oder nein.

Das Lidarsignal selbst scheint sehr schwach zu sein, zumindest für eine 
herkömmliche IR Kamera. Als Beispiel mal das IR Bild eines Roborock 
Staubsaugers. Unten sieht man die IR-Reflektion der Absturzsensoren am 
Fußboden. Etwas darüber den seitlichen Abstandssensor und oben drüber 
der blinkende Lidarpunkt, da sich das Lidar dreht. Das schwächere Licht 
links davon ist die Stütze des Lidarturms an dem sich das Licht streut.
Wäre das Lidar stationär, also sich nicht drehend, wäre es im Vergleich 
zu den Absturzsensoren wohl immer noch sehr schwach. Die Aufnahme 
entstand in einem Raum in den Abendstunden, dementsprechend finster ist 
es.

Update: Die LIDAR-Erkennung-Detektion soll auch funktionieren, wenn das 
Lidar selbst stationär ist und nicht rotiert.

Je einfacher desto besser: Willkommen sind auch fertige Module zur 
Erkennung, sofern soetwas existiert.

: Bearbeitet durch User
von Hugo H. (hugo_hu)


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Hans W. schrieb:
> sondern ich möchte erkennen
> können, dass ich mich im Erfassungsbereich eines Lidars befinde.

Dann musst Du Deine Kamera auch auf Ebene des Lidar-Laserstrahls 
positionieren :-) - dann wirst Du das sehr gut bemerken (vermutlich in 
Höhe des Lidar-Scanners auf dem Saugroboter).

: Bearbeitet durch User
von Hans W. (wetterdaten)


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Die Kamera war nur ein Beispiel. Ich brauche ein digitales Signal Lidard 
ja/nein.

von Wolfgang (Gast)


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Hans W. schrieb:
> Die Kamera war nur ein Beispiel. Ich brauche ein digitales Signal Lidard
> ja/nein.

Trotzdem muss du in den Strahl gucken, wenn du ihn sehen willst oder du 
musst dich (und den auf dir diffus reflektierten Strahl) angucken.

von Hugo H. (hugo_hu)


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Hans W. schrieb:
> Die Kamera war nur ein Beispiel. Ich brauche ein digitales Signal Lidard
> ja/nein.

Du weißt schon, dass ein Laserstrahl geradeaus geht und dort wo er 
auftrifft i.d.R. Punktförmig ist? Du kannst natürlich eine Reihe von 
Liniensensoren versetzt übereinander packen - aber das wird ein wenig 
Aufwand erfordern ... . Möglich wäre natürlich auch eine optische Lösung 
mit einem Sammellinsenabschnitt - aber das ist nicht weniger aufwändig.

von Skimpy (Gast)


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Eine sehr interessante Frage! Wenn das Lidar mit einem Laser und gepulst 
arbeitet, kannst Du es auf zwei Arten detektieren: einen schmalbandigen 
Filter für die Wellenlänge des Lidars (die muss natürlich bekannt sein!) 
und danach eine Detektion per Photodiode, ob sich plötzliche Pulse 
zeigen (direkt in Software oder analog). Das ist natürlich so mäßig 
sensitiv. Wenn Du es genauer testen willst, kannst Du den zweiten Weg 
wählen, und zwar, einen SiPM zu verwenden und ultraschnell zu messen. 
Dann siehst Du die Laserpulse direkt sehen. Die Auswertelektronik ist in 
diesem Fall relativ komplex, da die Eigenschaft des Lidars ja ist, eine 
hohe Pulsleistung mit winziger mittlerer Leistung zu kombinieren. 
Letzteres macht die Detektion über andere Methoden halt schwer.

von Hugo H. (hugo_hu)


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Skimpy schrieb:
> da die Eigenschaft des Lidars ja ist, eine
> hohe Pulsleistung mit winziger mittlerer Leistung zu kombinieren

Gibt es dazu eine Quelle in Bezug auf Staubsaugerroboter (nicht 
Atmosphärenmessungen)? Wäre mir neu ...

: Bearbeitet durch User
von Skimpy (Gast)


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Die Quelle ist der Sticker zur Laserklasse der auf dem Teil klebt. 
Garantiert eine sehr niedrige.

von Bernd (Gast)


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Hans W. schrieb:
> Update: Die LIDAR-Erkennung-Detektion soll auch funktionieren, wenn das
> Lidar selbst stationär ist und nicht rotiert.
Schade, weil die Rotationsfrequenz zu detektieren, dürfte die leichteste 
Erkennungsmethode sein.

Und: Nur weil du das Lidar erkannt hast, weißt du noch lange nicht, wie 
empfindlich der Empfänger am Roborock ist..

von Hans W. (wetterdaten)


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Hugo H. schrieb:
> Hans W. schrieb:
>> Die Kamera war nur ein Beispiel. Ich brauche ein digitales Signal Lidard
>> ja/nein.
>
> Du weißt schon, dass ein Laserstrahl geradeaus geht und dort wo er
> auftrifft i.d.R. Punktförmig ist? Du kannst natürlich eine Reihe von
> Liniensensoren versetzt übereinander packen - aber das wird ein wenig
> Aufwand erfordern ... . Möglich wäre natürlich auch eine optische Lösung
> mit einem Sammellinsenabschnitt - aber das ist nicht weniger aufwändig.

Das Lidar des Roborock spannt sich wahrscheinlich tatsächlich nur in 
einer Ebene auf. Kommerzielle Lidars wie von selbstfahrenden Autos 
scannen jedoch die Umgebung in 3D, d.h. für einen winzigen 
Sekundenbruchteil ist das Lidar genau auf die Kamera gerichtet.

> Gibt es dazu eine Quelle in Bezug auf Staubsaugerroboter (nicht
> Atmosphärenmessungen)? Wäre mir neu ...
Da gibt es einige, z.B. Matubrücken arbeiten nach diesem Prinzip. 
Kommerzielle Radarwarner bzw. dessen Lasererkennung schlägt bei 
Mautbrücken an. Allerdings senden die auch mehrere starke IR-Blitze aus. 
Eventuell reagiert das Gerät auch darauf.

> Schade, weil die Rotationsfrequenz zu detektieren, dürfte die leichteste
> Erkennungsmethode sein.

Bei jedem Lidar müsste sich der Laser doch in einer bestimmten Frequenz 
"bewegen". Kommerziell ist z.B. hier 
https://www.aliexpress.com/item/1005001524534305.html ein Lidargerät 
erhältlich. Das Werbevideo ist sehr sehenswert und zeigt die 
"Auffächerung" des Laserstrahls an. Bei 1000 Hz "Framerate" müsste man 
doch ein sehr schwaches 1 kHz Signal detektieren können.

> Wenn Du es genauer testen willst, kannst Du den zweiten Weg
> wählen, und zwar, einen SiPM zu verwenden und ultraschnell zu messen.
> Dann siehst Du die Laserpulse direkt sehen. Die Auswertelektronik ist in
> diesem Fall relativ komplex, da die Eigenschaft des Lidars ja ist, eine
> hohe Pulsleistung mit winziger mittlerer Leistung zu kombinieren.

Gibt es irgendwas kommerziell in die Richtung was man verwenden kann 
ohne die Schaltung von Grund auf neuzubauen? Ideal wäre auch, wenn man 
irgendwie einen Arduino/ESP/Raspberry PI als Auswertelektronik hernehmen 
könnte.

von Irgend W. (Firma: egal) (irgendwer)


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Hans W. schrieb:
> d.h. für einen winzigen
> Sekundenbruchteil ist das Lidar genau auf die Kamera gerichtet.

Jein, eher ist es wahrscheinlich das der Strahl schräg auf die 
Linse/Sensor deiner Kamera trifft und somit je nach Strahlengang nicht 
sicher ist das du ihn sauber erkenne kannst. Für die Gegenseite reicht 
dagegen die Reflektion von deinem Kameragehäuse schon aus:-)

von Hugo H. (hugo_hu)


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Es wird sich mit ziemlicher Sicherheit um etwas vergleichbares handeln:

https://cdn-shop.adafruit.com/product-files/4010/4010_datasheet.pdf

Ein Automotive-Sensor (Punktewolke) wäre viel zu teuer und macht auch - 
aus meiner Sicht - keinen Sinn. Dieser hier wird scheinbar gepulst 
betrieben (vermutlich wegen des Umgebungslichts) und damit

Hugo H. schrieb:
> Skimpy schrieb:
>> da die Eigenschaft des Lidars ja ist, eine
>> hohe Pulsleistung mit winziger mittlerer Leistung zu kombinieren

hat Skimpy Recht.

: Bearbeitet durch User
von Sven B. (scummos)


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Fuer eine moeglichst einfach zu bauende Loesung wuerde ich versuchen, 
eine Webcam mit schmalbandigem Filter davor hinzustellen und dann ein 
bisschen Bildverarbeitung in Software machen.

von Oliver S. (oliverso)


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Hans W. schrieb:
> Das Lidarsignal selbst scheint sehr schwach zu sein, zumindest für eine
> herkömmliche IR Kamera.

Dann hast du die falsche Kamera. Der Laser von diesen Robotern hat schon 
so viel power, daß ich da nur ungern mit dem Auge reinschauen würde.

Die "Reichweite" des Lidars ergibt sich da nicht durch die Sichtbarkeit 
des Punktes, sondern durch die Auflösung der Zeilenkamera bei der 
Auswertung.

Oliver

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Radarwarner fürs Auto haben gelegentlich auch eine Lasererkennung, wie 
arbeitet die denn?

von Hans W. (wetterdaten)


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Sven B. schrieb:
> Fuer eine moeglichst einfach zu bauende Loesung wuerde ich versuchen,
> eine Webcam mit schmalbandigem Filter davor hinzustellen und dann ein
> bisschen Bildverarbeitung in Software machen.

Das funktioniert bei Nacht wohl gut. Am Tag ist selbst mit IR Filter das 
Sonnenlicht zu hell, dass man das Lidar schon nicht mehr auf dem Bild 
sieht, zumindest bei größerem Abstand.


> Dann hast du die falsche Kamera. Der Laser von diesen Robotern hat schon
> so viel power, daß ich da nur ungern mit dem Auge reinschauen würde.

Das Problem ist technischer Natur. Die Kamera muss genau dann aufmachen, 
wenn der Laserstrahl auftrifft. Da das nur für einen sehr kurzen 
Zeitpunkt ist, wird der Laserstrahl nicht immer oder unterschiedlich 
hell abgebildet werden. Je dunkler es ist, desto länger wird belichtet 
und die Wahrscheinlichkeit steigt den Laser gut auf dem Bild sehen zu 
können.

Aber eine ganz andere Idee: In diesem Fall geht es darum den Laserstrahl 
direkt "sehen" zu können. Das Lidar Messgerät selbst erkennt nur die 
Reflektion des Laserstrahls und kann ihn immer noch gut wahrnehmen. 
Unser Messgerät hat aufgrund der Position einen um mindestens den Faktor 
1000 höhere Lichtstärke. Kann man nicht irgendwie den Empfänger eines 
Lidarscanners umbauen, sodass er ein Signal liefert, wenn er ein 
Fremdlidarsignal empfängt? Jedenfalls: Wenn ein Lidarscanner die 
schwache Reflektion bei Tageslicht noch wahrnehmen kann, dann sollte es 
nicht so schwer sein einen Detektor zu bauen, der den direkten 
Laserstrahl wahrnehmen kann.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Vielleicht sollte man das Signal eines Lichtsensors einfach 
hochpassfiltern. Dann kommen die schnellen Impulse des Lasers durch. 
Wenn die dann noch eine regelmäßige Wiederholfrequenz haben, sollte sich 
etwas detektieren lassen.

Geht es um irgendein Lidar, oder ist es möglich, die Detektion genau 
darauf anzupassen?

von Hans W. (wetterdaten)


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Christoph db1uq K. schrieb:
> Vielleicht sollte man das Signal eines Lichtsensors einfach
> hochpassfiltern. Dann kommen die schnellen Impulse des Lasers durch.
> Wenn die dann noch eine regelmäßige Wiederholfrequenz haben, sollte sich
> etwas detektieren lassen.
>
> Geht es um irgendein Lidar, oder ist es möglich, die Detektion genau
> darauf anzupassen?

Es soll ein mehr oder wenige universeller Lidardetektor werden, also 
keine Anpassung auf ein spezielles System. Der Roborock war auch nur ein 
Beispiel, weil ich ihn da habe. Ziel sind dann die "3D-Lidars", wie sie 
z.B. selbstfahrende Fahrzeuge verwenden oder im 
Aliexpress-Gerät-Beispiel stationär angebracht sind.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Die Wiederholfrequenz eines mechanisch abgelenkten Lidar-Scanners sollte 
in einem überschaubaren Frequenzbereich liegen.
Ich denke da erst mal an eine simple Operationsverstärkerschaltung, 
Hoch- oder Bandpass. Dahinter z.B. ein Tondecoder NE567 der auf die 
typische Wiederholfrequenz abgestimmt ist, wenn de eng genug toleriert 
ist. Sonst eben ein breitbandigerer Detektor.

von Hugo H. (hugo_hu)


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Hans W. schrieb:
> Ziel sind dann die "3D-Lidars", wie sie
> z.B. selbstfahrende Fahrzeuge verwenden oder im
> Aliexpress-Gerät-Beispiel stationär angebracht sind.

Das Ali-Express-Beispiel ist kein 3D-Lidar. Diese sind deutlich teurer.

von Hans W. (wetterdaten)


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Hugo H. schrieb:
> Hans W. schrieb:
>> Ziel sind dann die "3D-Lidars", wie sie
>> z.B. selbstfahrende Fahrzeuge verwenden oder im
>> Aliexpress-Gerät-Beispiel stationär angebracht sind.
>
> Das Ali-Express-Beispiel ist kein 3D-Lidar. Diese sind deutlich teurer.

Er gibt kein 3D Bild aus, das ist korrekt. Aber der Strahl wird in einem 
relativ großen Bereich aufgedehnt. Das meinte ich mit 3D-Lidar. Während 
der Roborock aus Sicht eines feststehenden Betrachters wahrscheinlich 
nur eine kleine Scheibe aufnimmt, da er ja nur Hindernisse direkt vor 
ihm erkennen muss. Die ca. 2 cm hohe Kante des Ikea Poäng Stuhls erkennt 
er z.B. nicht mit seinem Lidar, sondern wird durch den Schalter 
gestoppt. Er fährt zwar etwas langsamer, aber trotzdem dagegen. Bei 
Stuhlbeinen fährt er sauber außenherum.



> Die Wiederholfrequenz eines mechanisch abgelenkten Lidar-Scanners sollte
> in einem überschaubaren Frequenzbereich liegen.
> Ich denke da erst mal an eine simple Operationsverstärkerschaltung,
> Hoch- oder Bandpass. Dahinter z.B. ein Tondecoder NE567 der auf die
> typische Wiederholfrequenz abgestimmt ist, wenn de eng genug toleriert
> ist. Sonst eben ein breitbandigerer Detektor.

Mit welchem optischen Bauteil würdest du den Laserstrahl detektieren?
Hast du einen Schaltplan für ein Ähnliches Gerät zur Hand?

von Hugo H. (hugo_hu)


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Hans W. schrieb:
> Die ca. 2 cm hohe Kante des Ikea Poäng Stuhls erkennt
> er z.B. nicht mit seinem Lidar, sondern wird durch den Schalter
> gestoppt. Er fährt zwar etwas langsamer, aber trotzdem dagegen. Bei
> Stuhlbeinen fährt er sauber außenherum.

Kann er auch nicht, da der Laserstrahl nun mal in Höhe der 
Austrittsöffnung waagerecht "rotiert" - sozusagen eine Linie an die Wand 
zeichnet. Er kann also nur das erkennen, was in dieser Höhe "sichtbar" 
ist.

von Hans W. (wetterdaten)


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Hugo H. schrieb:
> Hans W. schrieb:
>> Die ca. 2 cm hohe Kante des Ikea Poäng Stuhls erkennt
>> er z.B. nicht mit seinem Lidar, sondern wird durch den Schalter
>> gestoppt. Er fährt zwar etwas langsamer, aber trotzdem dagegen. Bei
>> Stuhlbeinen fährt er sauber außenherum.
>
> Kann er auch nicht, da der Laserstrahl nun mal in Höhe der
> Austrittsöffnung waagerecht "rotiert" - sozusagen eine Linie an die Wand
> zeichnet. Er kann also nur das erkennen, was in dieser Höhe "sichtbar"
> ist.

Danke für die Erklärung. Mangels besseren Wissens bezeichne ich das dann 
als "Linienlidar", während das Aliexpress Beispiel und auch für 
selbstfahrende Fahrzeuge ein "Flächenlidar" ist, da dort der Laser auf 
eine Fläche aufgespannt ist.

Beim zu konstruierenden Detektor geht es also um die Erkennung eines 
Flächenlidars.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Nein, keine  Erfahrung mit sowas. Ich weiß nur, dass z.B. 
Fotowiderstände schon von den 50 Hz einer Leuchtstofflampe nicht viel 
mitbekommen. Es sollte schon ein schnellerer Fotodetektor sein. 
Mechanische Ablenkung wäre jedenfalls noch Niederfrequenz.

Irgendeine BPW34 oder ähnliches vielleicht. Dazu nimmt man gern eine 
Transimpedanzverstärkerschaltung, eine Art I-zu-U Wandler.
https://www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf
430 to 1100 nm, also auch noch Infrarot
"high speed and high radiant sensitivity"

http://www.opengeiger.de/StuttgarterGeigerleV1.pdf
Eine Geigerzählerschaltung mit der Diode

von Markus K. (markus-)


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Hans W. schrieb:
> Ziel sind dann die "3D-Lidars", wie sie
> z.B. selbstfahrende Fahrzeuge verwenden oder im
> Aliexpress-Gerät-Beispiel stationär angebracht sind.

a) Es gibt verschiedene Wellenlängen. So wie ich weit ich das beurteilen 
kann sind 850/905/940/1064/1550nm gängige Werte und gerade 1550nm kann 
man mit einer Silizium-Fotodiode praktisch nicht vernünftig empfangen. 
Wenn das wirklich wichtig ist, dann brauchst du eben einen 2. Empfänger 
auf InGaAs-Basis. Was die kleineren Wellenlängen angeht (zumindest bis 
940nm): Das kann eine Siliziumdiode schon alles zusammen empfangen, aber 
das verhindert halt den Einsatz von schmalbandigen Filtern vor dem 
Empfänger.

b) Die Punktewolke die das Lidar erzeugt muss nicht dicht sein. Gerade 
die rotierenden Geräte haben zwischen den Strahlen Lücken drin, d.h. es 
kann passieren, dass der Laser an Deinem Empfänger vorbei zielt. Wenn 
das Auto auf den Empfänger zufährt, dann ist Wahrscheinlichkeit 
natürlich groß, dass der Empfänger trotzdem regelmäßig getroffen wird.

c) Viele Lidare arbeiten mit einzelnen kurzen starken Impulsen aber 
nicht alle. Das Intel-Lidar (Realsense L515) sendet ein Bitmuster und es 
gibt Lidare die FMCW machen. Die senden die ganze Zeit und modulieren 
dabei die Frequenz vom Licht. Da gabs einige Startups die das machen und 
die besten wurden gekauft. Ob da aber auch echte Produkte daraus wurden 
weiß ich nicht. Da sie immer senden sind sie deutlich schlechter vom 
Hintergrund zu trennen.

d) Es gibt auch Systeme mit indirektem Time-of-Flight (iTof). Die haben 
weniger Reichweite und sind deswegen eher nicht an Autos zu finden, aber 
an einem autonomen Fahrzeug in einer Fabrik oder dem Roboter im 
Supermarkt kann das schon sein.

von Alberich riecht (Gast)


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Machs wie Spock, detektiere und analysiere die Energiesignatur des aktiv 
Lidar betreibenden. Auch Lidars sind nicht perfekt abgeschirmt und daher 
auch im EM-Spektrum gut als Störnebel mit charakteritischen Spektrum 
erkennbar. Für den Puls wird ganz schön was an Strom auf dem PCB 
geballert und wird dadurch im EM Spektrum erkennbar. Am besten noch mit 
einer array-antenne einpeilen.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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>Time-of-Flight
im neuen Elektor Special "Arduino Shields" ist eine Platine mit dem hier 
beschrieben:
https://www.st.com/en/imaging-and-photonics-solutions/vl53l0x.html
940 nm
Was besagt "indirekt"?

: Bearbeitet durch User
von Markus K. (markus-)


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Christoph db1uq K. schrieb:
> Was besagt "indirekt"?

Die senden moduliertes Licht und messen dann die Phase. Das beruht zwar 
auf der Lichtlaufzeit, aber die Zeit wird nicht direkt gemessen, sondern 
eben indirekt über die Phase. Dafür gibts auch schon länger Imager.

Die sollte man auch ganz gut detektieren können, aber die Signale sehen 
halt ganz anders aus als bei einem klassischen Lidar (dTof=direkt TOF).

von Hans W. (wetterdaten)


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Der Roborock verwendet ebenfalls ein punktförmiges Lidar. Im 
Beispielbild wurde die Szene mit einer IR-Fernbedienung aus 4 Metern 
Abstand "beleuchtet". Unter schwacher IR Beleuchtung sind die Punkte auf 
der IR Kamera deutlich besser erkennbar. Der Roborock selbst stand etwas 
schräg, sodass das Lidar 30 bis 40 cm Abstand zur "Projektionsfläche" 
hatte. Wo das Lidar besonders hell zusehen ist, ist ein normales DIN A4 
Papier.
Fährt man den Roborock auf mehrere Meter Abstand, sind die einzelnen 
Punkte schnell auch mal 10 cm voneinander entfernt. Die Punkte bleiben 
konstant an derselben Stelle, d.h. das Lidar trifft trotz schneller 
Rotation immer wieder dieselbe Stelle. Eine beeindruckende Leistung.

Wenn also ein 3D-Lidar ebenfalls einige wenige Punkte anfährt, kann der 
Lidardetektor auch mit dem Roborock zwischen den Punkten getestet 
werden, ob genügend Streulicht ankommt um das Lidar zuverlässig zu 
entdecken.

Zur Konkretisierung der Detektorschaltung: Ich gehe davon aus, dass das 
Lidar irgendwas im Bereich von 900 bis knapp über 1000 nm ist.
Als Detektordiode wird eine PBW34 verwendet 
https://www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf
Zur Verstärkung wird wohl ein Operationsverstäker verwendet.
Die Diode empfängt ja nicht nur das IR-Licht des Lidars, sondern wird 
auch durch anderes Licht etwas leitend. Wie blendet man das aus? Ein 
Kondensator fuktioniert ja nur um den Gleichspannungsanteil zu 
unterdrücken. Hier gibt es aber nur eine schwankende Gleichspannung bzw. 
Gleichstrom.
Wie macht das eigentlich ein Fernseher um das IR-Licht der Fernbedienung 
auch bei Sonnenschein im Raum erkennen zu können?

Das Signal der Diode wird dann durch einen Operationsverstärker 
verstärkt. Es wurde hier ein Beispiel des Stuttgarter Geigerle verlinkt. 
Diese Schaltung erscheint mir hier nicht direkt anwendbar, da beim 
Stuttgarter Geigerle die Messdioden in Sperrichtung gepolt sind. Hier 
fließt aber je nach Umgebungslicht mehr oder weniger Strom durch die 
Diode.

Welche Operationsverstärker sind hier zu empfehlen? Die Schaltung sollte 
optimalerweise mit 5 Volt funktionieren.

Wenn das Signal dann durch den Operationsverstärker verstärkt wurde, 
dann kann man, wenn ich das richtig verstanden habe, bei Verstärkung, je 
nach Frequenz des Lidars einen Ton hören. Sollte die Frequenz zu hoch 
sein, kann man zumindest etwas auf dem Oszilloskop erkennen.
Im nächsten Schritt wird das Signal dann an einen NE567 weitergeleitet, 
der dann erkennt, ob ein Tonsignal anliegt und wenn ja ein Signal auf 
PIN 8 ausgibt.

Habe ich das so richtig zusammengefasst?

Wenn jemand mit mehr Ahnung beim Thema Schaltungsentwicklung als ich 
(was nicht schwer sein dürfte) einen groben Schaltplan für den 
Lidardetektor erstellen und ihn hier posten kann, wäre ich sehr dankbar.

: Bearbeitet durch User
von Markus K. (markus-)


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Hans W. schrieb:
> Zur Konkretisierung der Detektorschaltung: Ich gehe davon aus, dass das
> Lidar irgendwas im Bereich von 900 bis knapp über 1000 nm ist.

Da Du auch die Lidare in Autos angesprochen hast:
Continental benutzt bei seinem Flash-Lidar 1064nm und ein paar andere 
benutzen 1550nm, z.B. Luminar, die nächstes Jahr bei Volvo in Serie 
gehen sollen.

> Die Diode empfängt ja nicht nur das IR-Licht des Lidars, sondern wird
> auch durch anderes Licht etwas leitend. Wie blendet man das aus?
> Wie macht das eigentlich ein Fernseher um das IR-Licht der Fernbedienung
> auch bei Sonnenschein im Raum erkennen zu können?

Mit einem optischen Filter vor dem Empfänger. Die sehen oft schwarz aus, 
weil sie kein sichtbares Licht durchlassen, sondern eben nur Infrarotes.

Beim Fernseh-Empfänger ist das auch davor, da fällt es einem meistens 
nicht auf. Bei IR-Fernbedienungen ist sowas auch oft dran, weil es 
schöner aussieht und die Funktion nicht stört.

Was Schaltungen angeht:
Es gibt von Analog Devices diese Seite, in der man die Daten der 
Schaltung eingibt und das Tool schlägt eine Parametrierung der OpAmps 
vor. https://tools.analog.com/en/photodiode/

von Hans W. (wetterdaten)


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> Was Schaltungen angeht:
> Es gibt von Analog Devices diese Seite, in der man die Daten der
> Schaltung eingibt und das Tool schlägt eine Parametrierung der OpAmps
> vor. https://tools.analog.com/en/photodiode/

Vielen Dank, dieser Rechner hilft mir sehr weiter.

Als Werte für das Schaltungsdesign habe ich bei Kapazität 70pf und als 
Shunt Resistance 5 Gigaohm eingetragen bzw. aus dem Auswahlfeld für die 
Diode die VBPW34S von Vishay genommen. Diese SMD-Version hat fast 
dieselben identischen technischen Daten.

Bei Peak-Light Intensity habe ich 200 W/m² angegeben, was 1,18 mA als 
Peakcurrent ergibt. Dieser liegt folgende Überlegung zu Grunde: Direktes 
Sonnelicht hat etwas zwischen 500 und 1000 W/m². Vor die Diode kommt ein 
IR-Filter mit 850 nm, sowas wie 
https://www.amazon.de/Halogenscheinwerfer-infrarotfilter-fotografie-infrarotfotografie-Sperrfilter/dp/B005HIYCPE/ 
Gibts das auch günstiger?
Sonnenlicht besteht zu 50 % aus IR und damit die Schaltung auch noch gut 
bei Sonnenlicht funktioniert, habe ich die 200 W/m² gewählt.
Mit diesen Einstellungen braucht es aber eine Bandbreite von > 50 KHz. 
Das Lidar wird aber wohl eine deutlich geringere Frequenz haben. Das 
Aliexpress Lidar wird z.B. im Video mit 10 kHz (!= Framerate) beworben.
Wenn man den Strom auf 0,5 mA reduziert und eine Bandbreite von 15 kHz 
angibt, bekommt man eine vernünftige Schaltung.
Andererseits bei Eingabe von 50 kHz bekommt man auch darunter einen 
guten Verstärkungsfaktor, siehe angehängtes Bild bei einem Peakcurrent 
von 1mA.

Passt das dann so mit dieser Schaltung um einen Lidardetektor zu bauen 
oder sollte man den Peakcurrent deutlich geringer wählen, weil die 
meiste Zeit die Diode nicht im direkten Sonnenlicht sein wird? Bei 0,1 
mA Peakcurrent wird einem auch ein ganz anderer Operationsverstärker 
angeboten...

Um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen vom Laser getroffen zu werden, kann 
man ja 3 Dioden nebeneinander anordnen und parallel schalten. Dafür 
würde ich dann in den Photodioden Spezifikationen statt 70 pF das 
3fache, also 210 pF angeben, den Widerstand dritteln, also 1.67 GHz und 
den Peakcurrent nur verdoppeln, da nicht alle 3 Dioden gleichzeitig 
getroffen werden. Macht die Schaltung so Sinn und erkennt ein Lidar 
besser?

Danke für euer Fachwissen.

von Markus K. (markus-)


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Bandbreite: Was passiert, wenn ein Puls mit 5ns Breite durch ein Filter 
mit 50kHz Bandbreite geht?

Pulsrate: Es gibt da leider alles. Lidare, die einen starken Puls pro 
Bild senden (30 Pulse bei 30fps) und andere, die eine Million Pulse pro 
Sekunde machen und natürlich alles dazwischen.

Mehrere Fotodioden: Die Standardlösung dafür ist eine Fotodiode mit 
einer Optik (Linse/Objektiv) davor.

Noch ein paar Links:

IR-Impulse detektieren. Dem Autor geht es aber um "normale" Signale in 
der Umgebung, nicht um Lidar. Er erklärt die Schaltung aber sehr 
ausführlich.
https://www.youtube.com/watch?v=FtdJ4e973bk

OpenTofLidar. Das ist ein richtiges Lidar, aber das muss natürlich die 
Reflexion des Signals empfangen können, während Du ja direkt in den 
Laser schauen möchtest, also ein viel stärkeres Signal hast. Vielleicht 
kannst Du trotzdem was mitnehmen.
https://github.com/iliasam/OpenTOFLidar

Ronja. Schnelle IR-Datenübertragung über große Entfernungen. Die 
Schaltungen sind ziemlich diskret aufgebaut.
http://ronja.twibright.com/

von Hans W. (wetterdaten)


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Markus K. schrieb:
> Bandbreite: Was passiert, wenn ein Puls mit 5ns Breite durch ein Filter
> mit 50kHz Bandbreite geht?

Die Idee war: Der Laser wird ja aufgefächert und trifft dann z.B. 1000 
mal pro Sekunde auf die Photodiode. Macht 1 kHz. Das heißt also, man 
muss auch noch die Dauer des Laserimpulses selbst bei der Bandbreite 
berücksichtigen, richtig?



> Mehrere Fotodioden: Die Standardlösung dafür ist eine Fotodiode mit
> einer Optik (Linse/Objektiv) davor.

Wie nennt sich so eine Linse, die dann z.B. eine 180° Erfassung 
ermöglicht?

> Noch ein paar Links:
>
> IR-Impulse detektieren. Dem Autor geht es aber um "normale" Signale in
> der Umgebung, nicht um Lidar. Er erklärt die Schaltung aber sehr
> ausführlich.
> https://www.youtube.com/watch?v=FtdJ4e973bk

Danke, das scheint genau das zu sein, was ich hier bauen möchte. Wenn 
ich das richtig verstehe, wird diese Schaltung auch das Lidar erkennen 
können und auf dem Oszilloskop werden sich dann kurze Spikes in 
regelmäßigen Abständen zeigen. Die Diode ist die gleiche, die hier schon 
vorgeschlagen wurde. Auch das Schaltungsdesign ist sehr ähnlich zu dem 
was das Analog Devices Tool https://tools.analog.com/en/photodiode/ 
vorschlägt. In der ersten Stufe sind lediglich die Widerstände anders 
und ein paar zusätzliche Bausteine.
Hier https://github.com/devttys0/IRis gibts den kompletten Schaltplan 
und auch den Link zum Youtube-Video.
Da die Schaltung 3,3 Volt verwendet, kann die Ausgabe auch mittels eines 
Raspberry PIs direkt am GPIO analysiert werden.

Oder gibt es etwas, was diese Schaltung zur Lidarerkennung unbrauchbar 
macht?

von Bernd (Gast)


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Hans W. schrieb:
> Wie nennt sich so eine Linse, die dann z.B. eine 180° Erfassung
> ermöglicht?
Fischauge.

von Markus K. (markus-)


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Hans W. schrieb:
> Markus K. schrieb:
>> Bandbreite: Was passiert, wenn ein Puls mit 5ns Breite durch ein Filter
>> mit 50kHz Bandbreite geht?
>
> Die Idee war: Der Laser wird ja aufgefächert und trifft dann z.B. 1000
> mal pro Sekunde auf die Photodiode. Macht 1 kHz. Das heißt also, man
> muss auch noch die Dauer des Laserimpulses selbst bei der Bandbreite
> berücksichtigen, richtig?

Stell Dir vor, Du hättest elektrische Störungen mit 100MHz und wolltest 
die wegfiltern. Dann würdest Du doch z.B. einen Tiefpass mit 1MHz 
Grenzfrequenz nehmen. So ähnlich passiert das auch hier.

>> https://www.youtube.com/watch?v=FtdJ4e973bk

> Oder gibt es etwas, was diese Schaltung zur Lidarerkennung unbrauchbar
> macht?

Ich habe mir das Video schon vor längerer Zeit mal angeschaut. Evtl. die 
Grenzfrequenzen.

von Georg (Gast)


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Moin zusammen,

viel Spaß bei der Detektion von 5 ns Laserpulsen oder kürzer…
Vielleicht wäre es für den Themenstarter einfacher sich an die gängigen 
Geschwindigkeitsbegrenzungen zu halten, dann müsste er nicht nach 
Lidarsystemen Ausschau halten, die seine 
Geschwindigkeitsüberschreitungen detektieren.
Und gesünder für uns alle hier wäre es auch.

Ansonsten ist es natürlich technisch interessant…

Herzliche Grüße
Georg

von Hans W. (wetterdaten)


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Georg schrieb:
> Moin zusammen,
>
> viel Spaß bei der Detektion von 5 ns Laserpulsen oder kürzer…
> Vielleicht wäre es für den Themenstarter einfacher sich an die gängigen
> Geschwindigkeitsbegrenzungen zu halten, dann müsste er nicht nach
> Lidarsystemen Ausschau halten, die seine
> Geschwindigkeitsüberschreitungen detektieren.
> Und gesünder für uns alle hier wäre es auch.
>
> Ansonsten ist es natürlich technisch interessant…
>
> Herzliche Grüße
> Georg

Kommzerzielle Radarwarner enthalten fast immer auch Laserwarner. Wenn 
ich das wollte, könnte ich es viel einfacher haben....

Und jetzt zurück zum Thema.

> Ich habe mir das Video schon vor längerer Zeit mal angeschaut. Evtl. die
> Grenzfrequenzen.

Ich probiere die Schaltung aus und berichte die Erfahrungen hier.

von Hugo H. (hugo_hu)


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Hans W. schrieb:
> Wenn
> ich das wollte, könnte ich es viel einfacher haben....

Und, was willst Du denn eigentlich genau? Was ist der Zweck der 
"Geschichte"?

von Hugo H. (hugo_hu)


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Hugo H. schrieb:
> Und, was willst Du denn eigentlich genau? Was ist der Zweck der
> "Geschichte"?

Deine fehlende Antwort spricht Bände ...

Mit Deiner Kenntnis, welche ich hier von Dir wahrnehme, wirst Du Dein 
(vermutliches) Ziel nicht erreichen.

: Bearbeitet durch User
von Joh H. (jsca)


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@wetterdaten:
Hast du die Schaltung mittlerweile aufgebaut? Funktioniert die 
Lidarerkennung? Aus welcher Entfernung?

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