Лидары — один из ключевых инструментов современной робототехники, картографии, беспилотных технологий и систем автономного вождения. За последние годы они стали доступнее, компактнее и точнее, поэтому сегодня лидары используются повсеместно — от дронов и складских роботов до смартфонов и промышленных комплексных систем.
В этой статье простым языком разберём, что такое лидар, как он работает и какие виды лидаров существуют.
Что такое лидар
Лидар (LiDAR — Light Detection and Ranging) — это лазерный сенсор, который измеряет расстояние до объектов, фиксируя время, за которое световой импульс возвращается обратно к приёмнику. По сути, это устройство, которое «светит» лазером в разных направлениях и строит точную трёхмерную модель окружающего пространства.
Лидар формирует так называемое облако точек — трёхмерный набор координат, из которых потом создают карты, 3D-модели или используют для навигации роботов. Один из самых простых способов объяснить работу лидара:
Представьте фонарик, который не только освещает пространство, но и измеряет расстояние до каждой освещённой точки. Лидар делает то же самое, только миллионы раз в секунду.
Как работает лидар
- Лазерный модуль испускает короткий импульс света.
- Луч отражается от объекта и возвращается к приёмнику.
- Система измеряет время пролёта (Time of Flight).
- На основе этих данных вычисляется расстояние.
- Механика или оптика отклоняет луч в разные стороны → формируется облако точек.
Качество данных зависит от:
- дальности,
- поля зрения,
- частоты сканирования,
- плотности облака,
- количества подвижных частей.
На рынке существует несколько основных типов лидаров, и каждый из них решает свою задачу.
Основные виды лидаров
1. Механические вращающиеся лидары
Механические вращающиеся лидары — это самый ранний и узнаваемый тип лидарных систем, который долгое время оставался индустриальным стандартом. В их основе лежит простой, но эффективный принцип: лазерный модуль (или несколько модулей) закрепляется на вращающемся блоке, который непрерывно вращается вокруг своей оси. Благодаря этому лидар “сканирует” пространство по кругу и формирует обзор на 360° по горизонтали, что является главным преимуществом таких систем.
В классической конфигурации внутри устройства размещено несколько лазерных эмиттеров и приёмников, расположенных вертикально друг над другом. По мере вращения блока каждый лазер формирует свой горизонтальный «слой» сканирования, а их совокупность создаёт плотное вертикальное поле зрения. Чем больше лазерных каналов — тем выше детализация облака точек, поэтому профессиональные модели могут насчитывать от 16 до 128 каналов.
Вращающаяся механика обеспечивает очень широкую область охвата, что делает такие лидары удобными для задач, где важно видеть всю сцену вокруг устройства: автономные автомобили, мобильные картографические системы, роботизированные платформы и системы безопасности. Фактически, механический лидар работает как вращающийся маяк, который непрерывно «прочёсывает» пространство лазерным лучом и собирает миллионы измерений в секунду.
Однако наличие крупных подвижных частей накладывает свои ограничения. Механика увеличивает вес и габариты устройства, делает его более чувствительным к ударам, вибрациям и пыли, а также влияет на срок службы. Кроме того, высокая скорость вращения требует точной калибровки и увеличивает стоимость таких лидаров.
Тем не менее, механические вращающиеся лидары остаются одними из самых точных и надёжных в условиях, где важен полный круговой обзор и высокая плотность облака точек — именно поэтому они до сих пор используются в премиальных автомобильных системах и профессиональной картографии, несмотря на появление новых, более компактных технологий.
Примеры: Velodyne (HDL-32, VLP-16), Hesai, RoboSense.
2. Лидары со сканирующей оптикой (solid-state scanning)
Лидары со сканирующей оптикой — это современный класс сенсоров, в которых направление лазерного луча изменяется не за счёт вращения всего корпуса, а с помощью внутренних оптических элементов: зеркал, призм или микро-приводов. Такой подход позволяет значительно сократить количество подвижных частей и сделать конструкцию более компактной, лёгкой и устойчивой к вибрациям.
В отличие от механических моделей, здесь сканирование происходит внутри корпуса, поэтому такие лидары лучше подходят для дронов, мобильных роботов и автономных систем, где надёжность и масса играют ключевую роль. Высокая скорость перенаправления луча обеспечивает плотное и равномерное облако точек, а сама архитектура часто стоит дешевле в производстве.
Solid-state лидары стали основой многих современных решений — от устройств Livox до цифровых линзовых систем Ouster, — и сегодня считаются оптимальным балансом между качеством данных, стоимостью и долговечностью.
Примеры:
- Livox (Mid-40, Mid-70, Avia, Mid-360),
- Ouster OS-серии.
3. MEMS-лидары
MEMS-лидары используют миниатюрное зеркало, размещённое на кремниевой микромеханической пластине — технология Micro-Electro-Mechanical Systems. Это зеркало отклоняет лазерный луч по двум осям, создавая характерный зигзагообразный или линейный рисунок сканирования.
Компактность MEMS-механики позволяет делать такие лидары очень маленькими и энергоэффективными, что делает их привлекательными для автомобильных систем помощи водителю, компактных роботов и потребительских устройств. Однако микрозеркала более чувствительны к вибрациям и ударам, а поле зрения обычно ограничено по сравнению с механическими или solid-state решениями.
Примеры: Innoviz, RoboSense RS-M.
4. Flash LiDAR
Flash LiDAR работает по принципу «лазерной вспышки»: он освещает всю сцену одним широким импульсом, а специальная матрица фиксирует глубину одновременно для каждого пикселя — почти как камера, снимающая изображение глубины за один кадр.
Поскольку в таких системах нет сканирующих или вращающихся элементов, Flash LiDAR отличается высокой скоростью и устойчивостью к вибрациям, что делает его востребованным в смартфонах, AR/VR-устройствах и системах быстрой идентификации объектов. Ограниченная дальность и высокая стоимость матриц пока сдерживают применение на больших расстояниях, поэтому Flash LiDAR чаще используют для ближних задач и высокоскоростного захвата сцены.
Примеры:
- Apple FaceID (упрощённые версии Flash LiDAR),
- Continental, Aeva.
Используются в смартфонах, AR/VR, системах безопасности.
5. FMCW-лидары
FMCW-лидары — одни из самых технологически продвинутых на сегодняшний день. Они используют принцип Frequency Modulated Continuous Wave, при котором лидар излучает непрерывный лазерный сигнал с меняющейся частотой. Анализируя разницу частот между отправленным и принятым светом, система определяет не только расстояние до объекта, но и его скорость — благодаря эффекту Доплера.
Такой подход обеспечивает высокую устойчивость к солнечному свету и внешним помехам, а также позволяет уверенно работать в сложных погодных условиях. Однако сложность производства и высокая стоимость пока ограничивают массовое распространение FMCW-лидаров, поэтому они чаще встречаются в прототипах автопилотов и перспективных системах безопасности.
Примеры: Aurora, Aeva, SiLC.
Используются в автомобильных системах будущего.
Заключение
Лидары представлены множеством технологий — от классических вращающихся систем до компактных solid-state и высокоточных FMCW-решений. Каждый тип имеет свои сильные стороны: одни обеспечивают широкий обзор, другие — высокую надёжность, третьи — мгновенный захват сцены или измерение скорости объектов.
Понимание различий между видами лидаров помогает выбрать оптимальный сенсор под конкретную задачу — будь то дрон, промышленный робот, автомобильная система или мобильная картография. Технология продолжает быстро развиваться, становясь всё доступнее и точнее, а значит, роль лидаров в робототехнике и 3D-сканировании будет только расти.