Was ist ein LiDAR-Scanner?

Der amerikanische Computer- und Smartphone-Hersteller Apple ist für seine innovativen Produkte weitaus beliebt. 2015 wollte Apple ein Fahrzeug auf den Markt bringen, welches vollkommen autonom unterwegs sein sollte. Dieses iCar hat es jedoch nicht zur Serienreife geschafft. Stattdessen hat sich Apple entschieden, lediglich modernste Technik für autonome Fahrzeuge zu entwickeln, wobei die Fahrzeuge aber nicht mehr selbst von Apple hergestellt werden. Seit 2020 wurde hieraus eine Technologie ins Leben gerufen, die es in die modernsten Apple Smartphones und Tablets geschafft hat. Die Rede ist vom LiDAR-System, welches auf elektromagnetische Wellen setzt und somit den Raum vor einem Objektiv vermessen und abbilden kann.

Bei dieser neuen Technik handelt es sich um einen Scanner, der Objekte, Menschen, Tiere und Flüssigkeiten erkennen kann. Die Arbeitsweise ist mit dem traditionellen Radar-System vergleichbar. Voraussetzung hierfür sind sogenannte LiDAR-Sensoren. Diese Sensoren sind in der Lage, im Sichtfeld zwischen Sensor und Objekt die Entfernung zu messen. Dabei wird ein Lichtimpuls ausgesendet, der diese Strecke bis zum Objekt überbrückt. Die Laufzeit des Lichtimpulses wird über die Lichtgeschwindigkeitskonstante ermittelt. Hochwertige LiDAR-Sensoren müssen eine ausreichende Empfangsqualität aufweisen, damit auch sehr kleine Objekte sicher erkannt werden können.

Die zwei verschiedenen LiDAR-Systeme

Es werden zwei verschiedene LiDar-Systeme unterschieden. Zunächst gibt es die mechanischen LiDAR-Scanner, welch einen Blickwinkel von 360 Grad abdecken können. Anzumerken ist, dass diese Geräte relativ groß sind. Sie sind zudem recht teuer und benötigen eine regelmäßige Wartung. Auf der anderen Seite gibt es die sogenannten Festkörper-LiDARS. Diese verfügen jedoch über ein eingeschränktes Sichtfeld von bis zu 120 Grad. Sie kommen jedoch ohne mechanische Komponenten aus, sind deutlich günstiger und relativ wartungsarm.

Der LiDAR-Scanner im neuen iPhone 12 Pro und iPad Pro

Seit 2020 hat Apple ein LiDAR-System entwickelt, welches auf der Rückseite des iPhone 12 Pro und iPad Pro verbaut ist. Hier sind neben den beiden Kameraobjektiven auch noch ein LiDAR-Scanner zu finden. LiDAR steht für Light Detection an Ranging und bedeutet in etwa Lichterkennung und Raumvermessung. Ein LiDAR-Sytem arbeitet wesentlich präziser als ein Radar. Damit können die Entfernung und die Geschwindigkeit von angepeilten Objekten genau vermessen werden. So sendet der LiDAR-Sensor ein Licht aus, welches vom angepeilten Objekt wieder zurückgeworfen und empfangen werden kann. Es findet eine Frequenzveränderung des Lichts statt, wenn sich der Sensor und das Objekt voneinander wegbewegen.

Eigentlich war diese Technik gedacht, um Messungen in der Atmosphäre vorzunehmen. Damit lassen sich zum Beispiel Staubteilchen und Aerosole genau bestimmen, welche durch die Luft schweben. Apple wollte diese Technologie zunächst in seine eigenen autonomen Autos verbauen. Auch hier muss der Raum vor den Fahrzeugen genau vermessen werden, um Zusammenstöße mit anderen Objekten zu vermeiden. Hierzu kam es jedoch nicht. So wurde diese Technik aber zuerst im neuen iPad Pro verbaut. Nun kommt der LiDAR-Scanner aber auch im neuen iPhone 12 zum Einsatz. Damit lässt sich natürlich kein Auto autonom fahren.

Im iPhone 12 Pro kann der LiDAR-Scanner bis zu fünf Meter die Raumtiefen im Innen- und Außenbereich genau vermessen. In Verbindung mit dem iOS14 Betriebssystem werden die notwendigen Frameworks für den leistungsstarken A14-Prozessor angeboten, sodass sich aus den gemessenen Daten ein genaues, räumliches Abbild der näheren Umgebung erstellen lässt.

Wofür wird der LiDAR-Scanner beim neuen iPhone 12 Pro benötigt?

Mit dem iPhone 12 Pro können nicht nur hervorragende Fotos und Videos erstellt werden, sondern auch die AR-Fähigkeiten des Smartphones genutzt werden. Hinter AR steht die Bezeichnung für Augmented Reality. Wird diese Funktion genutzt, verschwimmt auf dem Display die reale Darstellung mit virtuell eingeblendeten Gegenständen. Auf diese Weise lassen sich viele alltägliche Dinge perfekt visualisieren. Beispielsweise kann über eine Einkaufs-App ein neues Sofa im Raum platziert werden, obwohl sich an dessen Stelle noch das alte Sofa befindet. Der Nutzer kann sich virtuell seinen Raum vollkommen neu einrichten und kontrolliert dabei, wie neue Möbel dabei auf ihn wirken.

Apple nutzt für das iPhone 12 Pro eine ARKit App, die mithilfe des LiDAR-Scanners eine optimale Bewegungserfassung und auch eine Personenverdeckung bietet. Immer mehr App-Entwickler greifen auf die Fähigkeiten des LiDAR-Scanners zurück und können daher völlig neue Anwendungsszenarien entwickeln. Aber auch beim herkömmlichen Fotografieren unterstützt der LiDAR-Scanner den Fotografen. Somit lassen sich beispielsweise perfekte und optimal ausgeleuchtete Nachtaufnahmen erstellen.

Ebenfalls nutzt das Apple iPhone 12 Pro den LiDAR-Scanner für seine integrierten Features. Somit kann jeder ein virtuelles Maßband aufrufen, welches die zu fotografierenden Gegenstände perfekt vermisst. Die Größen von Gegenständen und Personen lassen sich somit noch besser bestimmen. Hierfür werden zusätzliche Vertikal- und Kantenorientierungshilfen eingesetzt.

Mit einem LiDAR kann die Schärfentiefe beim Fotografieren genau ausgemessen werden. Somit erreichen die Fotos einen wesentlich schönere Bokeh-Effekt. Dieser ist ansonsten nur mit großen Spiegelreflexkameras zu verwirklichen. Das LiDAR ist somit eine echte Hilfe für Smartphones, wie dem iPhone 12 Pro.

Selbst Handwerker werden von der LiDAR-Technik begeistert sein. Von dem Laserlicht eines LiDAR-Scanners ist äußerlich nichts zu sehen. Dennoch lassen sich damit sehr genau Räume vermessen.

Die Ursprünge von LiDAR

Schon seit den 60er Jahren gibt es die LiDAR-Technologie. Damit lässt sich die Umgebung sehr genau scannen und kartographieren. Hierzu wird ein Laserstrahl ausgesendet, der auf ein Objekt trifft und das Licht wieder zurückwirft. Gemessen wird hier in erster Linie die Geschwindigkeit, wie schnell das Licht wieder zurückkehrt. Die ersten Technologien wurden vornehmlich zu militärischen Zwecken eingesetzt. Damit ließen sich vom Flugzeug aus Landschaften genau vermessen. Aber auch in der Apollo 15 wurde LiDAR eingesetzt. Somit konnte zum Beispiel die Mondoberfläche kartographiert werden. Heute sind die LiDAR-Scanner wesentlich kleiner und kostengünstiger geworden, sodass es nicht verwunderlich ist, dass diese auch in einem Smartphone verbaut werden können.

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