Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Solid State Lidar?


von Benedikt I. (squeakyben)


Lesenswert?

Hallo,

ich habe ein kleines Bastelprojekt für das eine 3D Entfernungsmessung 
schön wäre (20x20 Punkte um genau zu sein) und da ich auf relativ kurze 
Distanz messe (weniger als 10 Meter) wäre Lidar dafür gut geeignet.
Jetzt soll das aber klein und portabel sein und nicht wie bei 
selbstfahrenden Autos ein sich drehendes Lidar, da man es als eine Art 
Brille tragen soll.

Jetzt habe ich gesehen, dass neuere Ipads ein integriertes LIDAR ohne 
bewegliche Teile (zumindest scheint es so?) haben, womit man die Kontur 
von Objekten angezeigt kriegen kann.

So etwas fände ich dann für mein kleines Bastelprojekt ideal, nur habe 
ich jetzt Schwierigkeiten bei den Begrifflichkeiten, denn ich habe unter 
Lidar auch wirklich nur die typischen Einzelpunktsensoren (z.B. TF Mini) 
gefunden, nicht aber diese Art LIDAR-Arrays.

Es ergeben sich für mich daher drei Möglichkeiten:

1: Ich suche unter dem falschen Namen und finde daher garnichts
2: Apple verwendet gar kein Lidar und die Presse nennt es nur so
3: Die Sensoren sind Firmengeheimnis und damit für mich nicht zu kaufen

Da ihr als Elektronik-Gurus euch da wesentlich besser auskennt, hoffe 
ich mal, dass ihr da besser weiter wisst.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


Lesenswert?


von Benedikt I. (squeakyben)


Lesenswert?

Christoph db1uq K. schrieb:
> 
https://www.ifun.de/ipad-pro-2020-so-sieht-der-integrierte-lidar-scanner-aus-151952/
> ein Foto des Lidar-Sensors

Wenn ich mir das Ding so ansehe, dann befürchte ich gar, dass es sich um 
Teile handelt, die der Öffentlichkeit noch nicht so vorliegen, denn das 
sieht echt ziemlich fortschrittlich aus.
Danke für das Foto!

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


Lesenswert?

https://www.heise.de/select/make/2019/6/1577222640441571
da gab es mal einen Artikel im MAKE. Ein Lidar Sensor von Garmin.

von Clemens S. (zoggl)


Lesenswert?

Drinnen oder draußen?

Drinnen können Tof Kameras funktionieren.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/TOF-Kamera

Dafür gibt's fertige boards

von Benedikt I. (squeakyben)


Lesenswert?

Clemens S. schrieb:
> Drinnen oder draußen?
>
> Drinnen können Tof Kameras funktionieren.
>
> https://de.m.wikipedia.org/wiki/TOF-Kamera
>
> Dafür gibt's fertige boards

War jetzt eher für drinnen und draußen gedacht, aber was ich von 
TOF-Kameras bisher so gelesen hab sind die wohl auf Fremdlicht ziemlich 
allergisch, richtig?

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


Lesenswert?

Das MAKE Sonderheft 2019 Robotik habe ich hier. Darin ein Sensor, den 
auch Reichelt vertreibt (139,95 €):
https://www.reichelt.de/rplidar-a1m8-360-laser-scanner-12m-rplidar-a1m8-p314357.html?CCOUNTRY=445&LANGUAGE=de
https://www.slamtec.ai/product/slamtec-rplidar-a1/

von Clemens S. (zoggl)


Lesenswert?


von Benedikt I. (squeakyben)


Lesenswert?

Clemens S. schrieb:
> Geht so...
>
> https://www.arducam.com/time-of-flight-camera-raspberry-pi/
>
> Sg

Oh, TOF-Kamera für nur 30 Euro? Wow, das ist echt super!
Vielen lieben Dank dir!

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


Lesenswert?

Das MAKE 6/2019 habe ich noch gefunden, aber der Sensor ist wohl nur ein 
feststehender Laser-Entfernungsmesser, noch ohne einen mechanischen 
Scanner.

Dateien zum Artikel auf Github:
https://github.com/MakeMagazinDE/Laserentfernungsmesser

Garmin-Datenblatt:
http://static.garmin.com/pumac/LIDAR_Lite_v3_Operation_Manual_and_Technical_Specifications.pdf

von Rainer W. (rawi)


Lesenswert?

Clemens S. schrieb:
> Drinnen können Tof Kameras funktionieren.

LiDaR ist ToF

von Tim H. (tim_h33)


Lesenswert?

Intel Realsense kamera hat auch ein SS-Lidar

von Benedikt I. (squeakyben)


Lesenswert?

Tim H. schrieb:
> Intel Realsense kamera hat auch ein SS-Lidar

Ich hab mir die Dinger mal angeschaut und muss sagen, dass ich von den 
Specs her schon beeindruckt bin, aber die Kosten sind schon recht üppig.
Ich werds aber im Hinterkopf behalten und danke für die Information.

von Knut _. (_knut_)


Lesenswert?

Dieser Iphone Sensor hat doch nur einen Messpunkt oder? Wird sowas 
ähliches wie ein VL53LOX sein, den es um ~5€ gibt.
Realsense + Nvidia Jetson hat ein super Setup zum Starten und Lernen.
Wenn wer was günstigeres kennt wär ich auch interessiert.

von Benedikt I. (squeakyben)


Lesenswert?

Knut _. schrieb:
> Dieser Iphone Sensor hat doch nur einen Messpunkt oder? Wird sowas
> ähliches wie ein VL53LOX sein, den es um ~5€ gibt.
> Realsense + Nvidia Jetson hat ein super Setup zum Starten und Lernen.
> Wenn wer was günstigeres kennt wär ich auch interessiert.

Tatsächlich nicht.
Hier ist ein Video was jemand damit gemacht hat:
https://youtu.be/8Au47gnXs0w?t=0

Das ist schon ein verdammt cooles Teil.

von Markus K. (markus-)


Lesenswert?

Fast alle Lidare, mit Ausnahme von FMCW-Systemen, haben mit Sonnenlicht 
zu kämpfen. Das Problem ist, dass man ja Lichtimpulse raus schickt und 
deren Reflexionen zusammen mit dem Sonnenlicht zurückbekommt und man die 
Lichtquelle wegen Augensicherheit/Temperatur/Stromverbrauch auch nicht 
beliebig stark machen kann. Man könnte die Pixel größer machen, aber 
dann wird der Imager größer und dementsprechend auch die Optik und das 
gesamte System. Prinzipiell ist auch der Öffnungswinkel entscheidend, 
denn wenn man die doppelte Fläche beleuchten muss, dann braucht man auch 
doppelt so viel Licht.

TOF-Kameras sind klassisch iTof-Systeme (indirektes Time of Flight), 
d.h. sie senden ein moduliertes Signal mit 5-200MHz und können dann die 
Phase messen und die entspricht dann der Entfernung. Die o.g. Kamera von 
Arducam mit dem IMX316 von Sony ist so ein System. Es gibt so Systeme 
auch mit Sensoren von Opnous, z.B. die MaixSense-A010/A075V. Die bekommt 
man auf Aliexpress in einer ähnlichen Preisklasse. Solche Systeme gabs 
mit Sensoren von Infineon auch schon in Smartphones, z.B. Lenovo Phab2 
Pro (2016) und ASUS Zenfone AR (2017). Auch Microsoft hatte mal so ein 
System (Azure Kinect).

Klassisches Lidar mit direkter Laufzeitmessung (dTOF, d=direkt) ohne 
bewegliche Teile wird heutzutage meist mit SPAD-Arrays gemacht. 
SPAD=Single Photon Avalanche Diode. Wenn da ein einzelnes Photon 
empfangen wird, dann wird da intern eine Lawine an Elektronen ausgelöst 
und man bekommt ein schönes Signal, dessen Zeitpunkt man dann messen 
kann. Die Lawine ist selbsterhaltend, d.h. man muss die explizit 
ausschalten, was dann z.B. 20ns dauert, d.h. in den 3m nach dem Event 
ist man blind. Wenn das jetzt ein Photon von der Sonne war und man das 
1m vor dem Ziel gemessen hat, dann verschwindet ja das eigentliche Ziel. 
Deswegen muss man viele Messungen machen (hunderte) um trotz Sonnenlicht 
überhaupt was zu sehen. Bei jeder Messung wird dabei wieder ein 
Lichtpuls ausgesendet. Die o.g. Teile von ST sind solche SPAD-Lidare. 
Die gibts auch z.B. als VL53L5CX mit 8x8 Pixeln. Man muss bei denen aber 
genau ins Datenblatt schauen. Die bis zu 4m Reichweite gelten im Dunkeln 
mit 2x2-Binning (also bleiben nur 4x4 Pixel) auf ein helles Ziel (88% 
Reflexivität). Soll es etwas heller sein (5kLux), auf ein dunkelgraues 
Ziel (17% Reflexivität) mit den vollen 8x8 Pixeln, dann sind es nur noch 
80cm. Volles Sonnenlicht im Freien sind eher so 100kLux, da wird die 
Reichweite nochmal deutlich niedriger sein. ST hat da aber prinzipiell 
ein recht großes Portfolio an Sensoren, an die man privat gut hinkommt. 
Es gibt so SPAD-Lidare auch mit großer Reichweite, aber leider nicht 
bezahlbar für ein Hobbyprojekt, z.B. von Microvision (ehemals IBEO). Von 
Sony gibts den IMX611, der so funktioniert und der im Iphone 15 sein 
könnte. Ich habe da leider nur Spekulationen und nichts definitives 
gefunden.

Es gibt auch Systeme, die den Laserstrahl mit einem MEMS-Spiegel 
(Micro-Electro-Mechanical Systems) ablenken. Die Hersteller bewerben das 
dann als "keine beweglichen Teile", obwohl sich der Spiegel natürlich 
bewegt, aber es ist nur der Spiegel und der ist klein hat recht wenig 
Masse. Die Intel Realsense L515 ist so ein System. Leider hat Intel die 
Realsense-Serie, mit Ausnahme der Stereokameras, eingestellt.

10m Reichweite mit Hobby-Budget ist wahrscheinlich nicht zu machen. 
Evtl. wäre eine Stereokamera eine Option, allerdings haben die natürlich 
ihre eigenen Probleme (gleichförmige Flächen, repetitive Muster wie 
Gartenzäune und Heizkörper usw.)

von Benedikt I. (squeakyben)


Lesenswert?

Hallo Markus und danke für diese ausführliche Beschreibung, jetzt kann 
ich nämlich ganz zweckmäßig nach SPAD suchen und werde dann 
wahrscheinlich besser fündig.

Wirklich, vielen Dank.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.