O sensor LiDAR emite pulsos de luz que atingem objetos, e detecta os pulsos que são refletidos de volta. Ele mede o intervalo de tempo que o pulso leva para fazer esse trajeto, e assim calcula a distância em relação ao objeto.

O scanner repete esse processo milhões de vezes por segundo, gerando uma nuvem de pontos com data, hora e localização. Isso é útil para criar um mapa 3D em tempo real do ambiente, com informações espaciais precisas.

Os dispositivos possuem estes quatro elementos principais:

• emissor de laser: emite os pulsos de luz infravermelho que se espalham pelo ambiente;
• scanner: distribui os feixes de laser, e regula a velocidade e a distância com que eles escaneiam o ambiente;
• sensor LiDAR: faz a detecção de luz, registrando cada pulso que é refletido de volta para o dispositivo, para medir a profundidade de campo;
• GPS: acompanha e registra a localização do sistema LIDAR, e usa dados de satélite para validar as distâncias entre objetos.

O LiDAR consegue “ver” em 3D sob todo tipo de luminosidade, porque possui uma fonte própria de luz. No entanto, o sensor geralmente vem ao lado de câmeras tradicionais. Pois produzem apenas imagens 2D do ambiente, e que são afetadas por luz solar intensa, escuridão e reflexos.

O funcionamento do sensor LiDAR é semelhante ao de um radar. Pois ambos calculam distâncias ao emitir um sinal e medir quanto tempo ele demora para retornar. A grande diferença é que o LiDAR usa ondas de luz, enquanto o radar emite ondas de rádio.

O LiDAR gera imagens 3D com mais detalhes, mas tem um alcance que varia de 4 m a 45 km de distância. Enquanto isso, o radar produz mapas de profundidade menos precisos, mas pode detectar objetos em um raio de até 500 km.

LiDAR vs ToF

O LiDAR é um tipo de sensor ToF que possui um scanner para distribuir feixes de laser. Todo sensor de profundidade ToF usa a medição do “tempo de voo” (Time-of-Flight) para calcular a distância de um objeto. Porém esta técnica envolve emitir ondas de luz e calcular quanto tempo elas demoram para se refletir de volta.

A principal vantagem do sistema sobre outros sensores ToF 3D é o alcance maior. Sobretudo, de 4 m a 10 m em espaços internos, até 200 m em carros autônomos, e 1 km a 45 km em aplicações espaciais. O sensor LiDAR tende a custar mais que alternativas ToF 3D: ele exige componentes mais complexos, além de uma tecnologia laser mais precisa.

De celulares ao setor automotivo: as aplicações do scanner

• Celulares e tablets: o LiDAR está integrado à câmera traseira de modelos do iPhone e iPad Pro, permitindo um foco automático mais rápido, especialmente em pouca luz, e oferecendo mais precisão para apps de realidade aumentada via ARKit;
• Robôs aspiradores: o LiDAR faz um mapeamento mais preciso de ambientes, para o aspirador não “engolir” objetos pequenos no chão – a tecnologia está no Samsung Jet Bot+ e Jet Bot AI+;
• Carros inteligentes: scanners LiDAR mapeiam o mundo ao redor e ajudam na automação veicular, com carros que dirigem com menos supervisão humana;
• Segurança pública: o LiDAR pode ser útil da mesma forma que um radar de velocidade. E consegue mapear áreas urbanas para planejar operações da polícia ou de forças militares;
• Astronomia: a NASA usa LiDAR no helicóptero Ingenuity para manobrá-lo com segurança pela superfície de Marte;
• Mapeamento: sistemas LiDAR coletam medidas tridimensionais de terrenos (topografia), edifícios (arquitetura), rodovias e ambientes internos;
• Meio ambiente: a varredura a laser com LiDAR permite mapear riscos de inundação, erosão costeira, e estoques de carbono nas florestas;
• Física da atmosfera: o sensor ajuda a coletar dados meteorológicos e detectar tipos de partículas no ar.

Limitações do sensor

• Custo: sistemas LiDAR são mais caros que outras técnicas para medir profundidade, como sensores ToF 3D;
• Imagens sem cor nem textura: pode ser difícil interpretar as dados do LiDAR sem imagens sobrepostas de uma câmera tradicional;
• Interferência: o dispositivo pode interferir com outros sensores LiDAR ao redor se eles escanearem a mesma área ao mesmo tempo;
• Ruído atmosférico: detritos no ar, que fiquem entre o transmissor de luz e o objeto, podem afetar as medidas de distância.