Lidar Sensorik | Mehr sehen mit Licht in Echtzeit

Entdecken Sie die faszinierende Welt vom Lidar-Sensor, einem Teilbereich der optischen Sensorik. Erfahren Sie in unserem Artikel alles über den aktuellen Stand der Technik und zukünftige Trends. Wir stellen Ihnen Produktneuheiten verschiedener Hersteller sowie die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von Lidar-Sensoren vor. Antworten auf die wichtigsten Fragen als Einführung in diese fortschrittlichen Technologie finden Sie hier ebenfalls.

Inhalt

• Lidar Technologie 2025 – Das Wichtigste in Kürze
• Neuheiten und Innovationen zur Lidar-Technologie 
  • Weltweit erster parallaxefreier Kamera-Lidar-Fusionssensor
  • Silizium-Avalanche-Photodiode mit integriertem TIA
  • Lidar Sensor zur Überwachung der Förderbandauslastung
  • Lidar Technologie der dritten Generation
  • Lidar Sensor erkennt die Umgebung in vier Dimensionen
  • 2D Lidar Sensor für flexibleres Transportshuttle von Montratec
  • Intelligente Multi-Sensor-Systeme sichern Flugverkehr
• Grundlagen der Lidar-Technologie
• Anwendungen der Lidar-Technologie
• Arten von Lidar-Systemen
• Lidar Archiv
• Häufige Fragen

Lidar Technologie 2025 – Das Wichtigste in Kürze

Die Lidar-Technologie ist ein Schlüsselbereich in der optischen Sensorik und der räumlichen Datenanalyse. In der Entwicklung liegt das Hauptaugenmerk auf Steigerung der Genauigkeit, höherer Auflösung und effizienterer Datenverarbeitung. Damit werden sie besonders wertvoll für Anwendungen in der autonomen Fahrzeugtechnologie, wo sie zur präzisen Umgebungserfassung und -kartierung eingesetzt werden.

Ebenso wird Lidar in der Geomatik für detaillierte topografische Kartierungen und in der Architektur für genaue Gebäudevermessungen genutzt. Ein weiterer aufstrebender Bereich ist die Umweltüberwachung, wo Lidar zur Analyse von Waldgebieten und zur Erfassung der Veränderungen an Küstenlinien eingesetzt wird.

Die Integration von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen in Lidar-Systeme ist ein weiterer Trend, der die Datenauswertung verbessert und neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. Zudem wird an der Miniaturisierung der Lidar-Systeme gearbeitet, um sie vielseitiger und für eine breitere Palette von Anwendungen zugänglich zu machen.

Neuheiten und Innovationen zur Lidar-Technologie

Nachfolgend geben wir Ihnen einen Überblick über neue Innovationen:

Weltweit erster parallaxefreier Kamera-Lidar-Fusionssensor

08.06.2025 | Mit einer optisch perfekt ausgerichteten Kombination aus Kamera und Lidar stellt Kyocera eine zukunftsweisende Lösung für die Umfelderfassung in autonomen und industriellen Anwendungen vor.

Auf der Grundlage jahrzehntelanger Erfahrung in der optoelektronischen Fertigung hat Kyocera einen integrierten Kamera-Lidar-Fusionssensor entwickelt, bei dem erstmals beide Systeme exakt auf derselben optischen Achse liegen. Diese Ausrichtung ermöglicht eine parallaxefreie Datenfusion in Echtzeit – ohne zusätzliche Kalibrierung oder Justierung.

Bisher erforderte die Kombination aus Kamera und Lidar stets eine aufwendige Justierung der beiden Sensorachsen, um Messabweichungen durch Parallaxenfehler zu vermeiden. Kyoceras neuartiger Ansatz löst dieses Problem direkt im optischen Aufbau: Kamera und Lidar sind mechanisch wie optisch so integriert, dass Bild- und Entfernungsdaten perfekt deckungsgleich zusammengeführt werden können.

Der Sensor erreicht mit einer Strahlauflösung von 0,045 Grad laut Hersteller die derzeit höchste Laserdichte weltweit. Dies ermöglicht die sichere Erkennung selbst kleiner Objekte – beispielsweise eines 30 cm großen Hindernisses auf 100 m Entfernung. Die eingesetzte Scantechnologie basiert auf bewährten Verfahren aus Kyoceras eigenen MFP- und Druckersystemen und liefert eine für automotive Anforderungen optimierte Datenqualität.

Im Gegensatz zu klassischen motorgetriebenen Lidar-Systemen oder herkömmlichen MEMS-Scannern setzt das Unternehmen auf einen eigens entwickelten MEMS-Spiegel, der höhere Auflösungen und eine deutlich längere Lebensdauer bietet. Die robuste Konstruktion in Kombination mit Kyoceras Keramikgehäusen und Fertigungskompetenz sorgt für Stabilität und Präzision selbst unter rauen Einsatzbedingungen.

Der Sensor richtet sich nicht nur an den Automobilsektor. Kyocera plant den Einsatz auch in Bereichen wie Schiffsnavigation, Baumaschinen, Sicherheitsanwendungen oder mobilen Robotiksystemen. Alle Kernkomponenten – vom MEMS-Scanner über die Optik bis zur Auswerteelektronik – stammen aus eigener Entwicklung und ermöglichen individuelle Anpassungen an kundenspezifische Anforderungen.

Silizium-Avalanche-Photodiode mit integriertem TIA

10.04.2025 | Mit der C30683 ergänzt Excelitas Technologies sein Portfolio um eine neue Silizium-Avalanche-Photodiode (Si-APD) mit integriertem Transimpedanzverstärker (TIA). Das Modul ist für den Einsatz in photonischen Anwendungen wie Lidar-Systemen, Entfernungsmessern und Lasermessgeräten ausgelegt.

Die C30683 kombiniert eine Si-APD mit einem integrierten TIA zur Signalkonditionierung. Die aktive Fläche beträgt 500 µm, das Detektorelement ist in einem hermetisch verschlossenen TO-8-Gehäuse untergebracht und enthält zusätzlich einen integrierten Thermistor zur Temperaturüberwachung. Die differenzielle Spannungsausgabe ermöglicht eine präzise Signalerfassung, auch unter schwierigen Bedingungen.

Der spektrale Empfindlichkeitsbereich liegt zwischen 400 nm und 1100 nm. In Kombination mit dem rauscharmen Verstärkerdesign erreicht das Modul ein konstantes Ansprechverhalten bis zu 400 MHz Bandbreite. Grundlage der Entwicklung ist die APD-Technologie der Baureihe C30737, die für hohe Reproduzierbarkeit und geringe Signalabweichung bekannt ist.

Die Baugruppe eignet sich insbesondere für Applikationen, die eine schnelle und empfindliche Photonendetektion erfordern, etwa bei zeitkritischen optischen Messungen oder in Umgebungen mit reduziertem Lichtniveau.

Lidar Sensor zur Überwachung der Förderbandauslastung

27.05.2023 | Mit dem Sensorsystem Contour2D von Pepperl+Fuchs lässt sich am effizientesten erkennen, wie ein Förderband ausgelastet ist. Einzigartig am Markt kommt dabei nur ein einziger Lidar-Sensor zum Einsatz. Durch die Leistungsmerkmale des R2000 Lidar-Sensors und den intelligenten Algorithmus ist der Schatteneffekt zuverlässig korrigierbar. Minimaler Montageaufwand und schnelle Inbetriebnahme in drei einfachen Schritten runden diese wirtschaftliche Lösung ab.

Um Pakete eines Förderbandes effizient und möglichst gleichmäßig auf nachgelagerte Stationen zu verteilen, muss die Förderbandbelegung erfasst werden. Das gelingt mit dem Contour2D Sensor und seinem Lidar-Sensor, der zentriert über dem Förderband montiert wird. Durch die mittige Sensorposition fallen Schatten von Paketen auf das Förderband, die die Messergebnisse verfälschen würden.

Dank dem Zusammenspiel der hohen Winkelauflösung des R2000 2D und einem intelligenten Algorithmus, erfolgt eine Korrektur dieser entstehenden Schatten. Der Algorithmus sowie die weitere Aufarbeitung der Rohdaten finden auf der Multi Scan Evaluation Unit (MSEU) des Sensors statt. Weil nur ein Sensor mittig über dem Förderband montiert wird, sind keine größeren Anpassungen am Förderband nötig. So können auch bestehende Anlagen problemlos nachgerüstet werden.

Lidar Technologie der dritten Generation

30.03.2023 | Mit dem Scala 1 und 2 von Valeo wurde das bedingt automatisierte Fahren in Staus Realität. Jetzt lässt sich der Einsatzbereich von Privatfahrzeugen mit dem Scala 3 Lidar aufgrund eines größeren Nutzungsumfangs und der Unterstützung höherer Geschwindigkeiten erheblich erweitern. Der Technologieführer für die Ausstattung von Robotaxis produziert seine bewährte, marktführende Technologie in Großserie.

Der Scala 3 Lidar von Valeo ist das Herzstück der nächsten Generation von hochautomatisierten Systemen. Er wird den Einsatzbereich von bedingt automatisierten Fahrzeugen der Stufe 3 nicht nur ausweiten, sondern auch höhere Geschwindigkeiten bis zu 130  km/h ermöglichen. Zudem wird der Lidar Sensor den Einsatz von Robotaxis der Stufe 4 in großem Maßstab möchlich machen.

Punktewolke mit bisher unerreichter Auflösung

Dank seines laserbasierten Systems erzeugt Valeo Scala 3 ein 3D-Bild der Fahrzeugumgebung und liefert eine Punktwolke mit einer für ein Automobilsystem bisher unerreichten Auflösung. Mit mehr als 12 Mio Pixel/s (das 16-fache im Vergleich zu Scala 2), einem Erfassungsbereich von 200 m für Objekte mit geringer Reflektivität und 300 m bei Objekten mit hoher Reflektivität sieht der Sensor fast alles, selbst für das menschliche Auge unsichtbare Objekte.

Zusätzlich zu seinen Hardware-Fähigkeiten verfügt Scala 3 über eine Reihe von Software-Modulen, einschließlich Algorithmen, die auf Wahrnehmung und künstlicher Intelligenz basieren. Die Lidar-Funktionen sorgen für höchste Sicherheit und Zuverlässigkeit. Hindernisse, Regen und Spritzwasser oder Ausrichtungsfehler werden detektiert. Das System kann sich selbst online kalibrieren.

Objekterkerkennung mehr als 150 m im Voraus

Auf einer unbeleuchteten, schwarzen Asphaltstraße beispielsweise detektiert die Lidar-Technologie mehr als 150 m im Voraus Objekte und identifiziert sie. Das gilt auch für einen herumliegenden Reifen, den weder der Fahrer noch Kameras oder Radargeräte zuverlässig erkennen. Die Technik identifiziert, klassifiziert und verfolgt Objekte, so dass das Datenfusionssystem des Fahrzeugs eine vollständige 3D-Kartierung der Fahrzeugumgebung erhält. Das gestattet das autonome Fahren. Die Softwaremodule lassen sich problemlos in gängige SoC-Plattformen einbetten und auf speziellen Steuergeräten oder Domain Controllern ausführen.

Der ADAS-Markt (globaler Markt für forschrittliche Fahrerassistenzsysteme) wird voraussichtlich um 17 % pro Jahr wachsen und im Jahr 2030 ein Volumen von 60 Mrd. Euro erreichen. Ein bedeutender asiatischer Fahrzeughersteller sowie ein führendes amerikanisches Robotaxi-Unternehmen wird den Scala 3 Lidar von Valeo einsetzen. Schon 2022 konnte Valeo Stellantis als Kunden für seinen neuesten Lidar-Sensor gewinnen und verbucht somit für den Scala 3 inzwischen Aufträge im Wert von mehr als 1 Mrd. EUR.

Grundlagen der Lidar-Technologie

Lidar – kurz für Light Detection and Ranging – ist ein optisches Messverfahren, das mithilfe gepulster Laserstrahlen präzise Entfernungen bestimmt. Die Technologie liefert Punktwolken mit hoher räumlicher Auflösung und ermöglicht die dreidimensionale Erfassung komplexer Umgebungen.

Die Funktionsweise der Lidar-Technologie basiert auf der präzisen Zeitmessung von Laserimpulsen. Durch die Reflexion des Laserstrahls an verschiedenen Oberflächen können detaillierte 3D-Karten und eine 3d karte der Umgebung erstellt werden. Diese Technik bietet gegenüber traditionellen Vermessungstechniken wie der Photogrammetrie den Vorteil, dass sie unabhängig vom Tageslicht präzise Daten liefert.

Dank ihrer hohen Genauigkeit und Effizienz hat die Lidar-Technologie in den letzten Jahren in vielen Bereichen Einzug gehalten. Von der Vermessung von Geländen bis hin zur Erstellung detaillierter 3D-Modelle – die Möglichkeiten sind vielfältig und beeindruckend. Doch um das volle Potenzial dieser Technologie zu verstehen, müssen wir uns die Kernkomponenten eines Lidar-Systems genauer ansehen.

Kernkomponenten eines Lidar-Systems

Ein Lidar-System besteht aus mehreren entscheidenden Komponenten, die zusammenarbeiten, um präzise Daten zu erfassen. Die erste Komponente ist die Laserlichtquelle, die für die Reichweite und Präzision des Systems verantwortlich ist. Diese Laserlicht-Quelle sendet gepulste Laserstrahlen aus, die auf Oberflächen treffen und reflektiert werden. Das Lidarprinzip umfasst die Empfangseinheiten des Lidar-Systems, die das zurückgestreute Licht erfassen und unerlässlich für die Berechnung der Distanz sind.

Moderne Lidar-Systeme integrieren oft mehrere Sensoren, um die Effizienz und Genauigkeit in der Datensammlung zu verbessern. Diese Sensoren verwenden ein Zeitmessverfahren, um die Zeit zu bestimmen, die das Licht benötigt, um zum Sensor zurückzukehren.

Durch die Kombination dieser Technologien können Lidar-Systeme detaillierte und präzise 3D-Darstellungen der Umgebung erstellen. Mit diesem Wissen über die Kernkomponenten können wir nun die verschiedenen Arten von Lidar-Systemen und ihre spezifischen Anwendungen betrachten.

Arten von Lidar-Systemen

Lidar-Systeme lassen sich in zwei Hauptkategorien unterteilen: luftgestützte und terrestrische Systeme. Luftgestützte Systeme sind auf Flugzeugen, Hubschraubern oder Drohnen montiert und eignen sich hervorragend für die schnelle Erfassung großer Gebiete. Terrestrische Systeme hingegen können statisch oder mobil sein und bieten eine hohe Genauigkeit für detaillierte Vermessungen am Boden.

Innerhalb der terrestrischen Systeme gibt es sowohl mobile als auch statische Varianten. Mobile Systeme sind auf Fahrzeugen montiert und ermöglichen eine schnelle Datenerfassung, während statische Systeme von festen Standorten aus scannen und bei Bedarf transportiert werden können. Die Wahl des richtigen Systems hängt stark von den spezifischen Einsatzbedingungen und Anforderungen ab, da verschiedene Lidar-Technologien für unterschiedliche Umgebungen optimiert sind.

Airborne Lidar

Luftgestützte Lidar-Systeme nutzen Scanner, die auf Flugzeugen, Hubschraubern oder Drohnen montiert sind, um große Gebiete schnell und effizient abzudecken. Diese Systeme sind besonders nützlich für die Erstellung großflächiger 3D-Karten und die Erfassung von Oberflächeninformationen in schwer zugänglichen Gebieten. Durch die hohe Geschwindigkeit und Effizienz dieser Systeme können große Datenmengen in relativ kurzer Zeit erfasst werden.

Sensor für sicheres autonomes Fahren bei jeder Witterung

Die Anbringung von Lidar-Scannern an Flugzeugen und Hubschraubern ermöglicht es, detaillierte topographische Karten mittels DGM (Digitales Geländemodell) und DOM (Digitales Oberflächenmodell) zu erstellen und wichtige Informationen für Anwendungen in der Stadtplanung, Forstwirtschaft und Umweltüberwachung zu liefern. Diese luftgestützten Systeme sind ein wesentlicher Bestandteil moderner Vermessungstechniken und bieten eine hervorragende Ergänzung zu terrestrischen Systemen. Zudem kommen Lidar-Instrumente zum Einsatz, um die Effizienz dieser Prozesse zu steigern.

Terrestrisches Lidar

Terrestrische Lidar-Instrumente bieten hohe Genauigkeit und Flexibilität für Innen- und Außenanwendungen. Statische Lidar-Sensoren scannen Datenpunkte-Wolken von einem festen Standort aus und können nach Abschluss eines Scans an verschiedene Orte transportiert werden. Solch ein Messinstrument ist häufig auf Stativen montiert. Wind-Lidar-Systeme sind in der Windmessung und meteorologischen Forschung eine wichtige Ergänzung zu klassischen Anemometern. Mobile terrestrische Lidar-Systeme eignen sich für detaillierte Vermessungen. Die hohe Dichte und Genauigkeit der Punktaufnahmen ermöglicht eine präzise Objektidentifikation, was sie ideal für Anwendungen in der Archäologie, Bauwesen und Forensik macht.

Mobiles Lidar

Mobile Lidar-Systeme bieten eine hohe Datendichte und eine schnelle Koordinatenerfassung, was sie ideal für Kartierung von Straßen und Infrastrukturen sowie für autonome Fahrlösungen. macht. Es gibt sowohl mechanische/rotierende Sensoren als auch Solid-State-Lidar-Sensoren, die je nach Anwendungsfall eingesetzt werden können. Moderne Anwendungen mobiler Lidar-Sensoren umfassen die Nutzung von SLAM-Technologie (Simultane Lokalisierung und Kartierung), um Herausforderungen bei der Vermessung zu überwinden. 

Nach dieser Klassifizierung ergeben sich vielfältige Anwendungen:

Anwendungen der Lidar-Technologie

Lidar findet vielseitige Anwendungen in Bereichen wie autonomes Fahren, Industrie, Stadtplanung und Umweltschutz. Der autonome Automobilbereich wird den Markt für Lidar-Technologie bis 2034 voraussichtlich auf 9,5 Milliarden Dollar anwachsen lassen.

Industrieautomatisierung

Auch in der industriellen Automatisierung gewinnt Lidar an Bedeutung. Die Sensoren erfassen in Echtzeit Objekte, Abstände und Bewegungen und ermöglichen so die flexible Steuerung von Robotern und autonomen Transportsystemen. In Fertigungslinien unterstützt Lidar die Kollisionsvermeidung, Bauteilpositionierung oder Qualitätsprüfung. Durch die robuste Datenerfassung auch bei schwierigen Lichtverhältnissen wird die Technologie zunehmend in smarten Produktionsumgebungen eingesetzt.

Autonomes Fahren

Im autonomen Fahren spielt Lidar eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Sicherheit durch präzise Objekterkennung. Mobile Lidar-Systeme sind besonders nützlich für die Analyse von Straßeninfrastrukturen und zur Erfassung von Verkehrszeichen. Diese Systeme ermöglichen es autonomen Fahrzeugen, ihre Umgebung genau zu erkennen und sicher zu navigieren. Ein wichtiger Aspekt dabei ist das Fahrzeug selbst, das in der Lage ist, diese Technologien zu nutzen.

Stadtplanung und Architektur

In der Stadtplanung und Architektur hilft Lidar entscheidend bei der Erstellung detaillierter 3D-Modelle von städtischen Infrastrukturen. Diese Modelle ermöglichen es Planern und Architekten, präzise und realitätsnahe 3D Darstellung von Gebäuden und Umgebungen zu erstellen. Diese Genauigkeit ist entscheidend für die Planung und Durchführung von Bauprojekten sowie für die Analyse städtischer Gebäudes.

Topographisches Lidar wird oft zur Ableitung von Oberflächenmodellen genutzt, die für verschiedene Anwendungen wie die Stadtplanung und Hydrologie von Bedeutung sind. Diese Modelle bieten wertvolle Informationen über die Beschaffenheit der Erdoberfläche und helfen bei der Entscheidungsfindung in der Infrastrukturentwicklung.

Umweltüberwachung

Lidar unterstützt die Umweltüberwachung durch präzise Daten zu ökologischen Systemen. In der Forstwirtschaft ermöglicht Lidar die genaue Erfassung von Baumhöhe, -dichte und -verteilung. Diese Lidar Daten sind entscheidend für das Management von Waldgebieten und tragen zur nachhaltigen Bewirtschaftung und Erhaltung von Wäldern bei.

Bathymetrisches Lidar ermöglicht die gleichzeitige Erfassung von Höhen- und Wassertiefen, was für die Überwachung und Analyse von Küstenliniensystemen wichtig ist. Diese Technologie wird auch zur Überwachung von Küstenlinien eingesetzt, um Veränderungen in ökologischen Systemen zu verfolgen. Durch die präzise Erfassung von Daten können Wissenschaftler und Umweltschützer die Auswirkungen von Klima- und Umweltveränderungen besser verstehen und darauf reagieren.

Häufige Fragen

Was bedeutet Lidar?

Lidar bedeutet Light Detection and Ranging und wird oft als Laserscanning oder 3D-Scanning bezeichnet. Beim Lidar-Scanning handelt sich um eine Technologie zur präzisen Entfernungsmessung und Kartierung von Objekten und Gelände.

Wie funktioniert der Lidar Sensor?

Ein Lidar-System sendet Laserimpulse aus und misst die Zeit, die diese benötigen, um zum Sensor zurückzukehren, nachdem sie von Objekten reflektiert wurden. Die gemessene "Flugzeit" der Lichtimpulse ermöglicht es, die Entfernung zu den reflektierenden Objekten zu berechnen. Indem der Sensor Tausende solcher Impulse pro Sekunde aussendet und empfängt, kann er eine detaillierte 3D-Karte der Umgebung erstellen. Die Position und die Winkel der 3D Lidar-Sensor sowie die Geschwindigkeit des Lasers werden ebenfalls berücksichtigt, um die genaue Position und Form der Objekte in seiner Umgebung zu bestimmen.

Hat Lidar Zukunft?

Ja, Lidar hat eine vielversprechende Zukunft, insbesondere in Bereichen, in denen präzise räumliche Erfassung und 3D-Kartierung erforderlich sind sowie im Bereich des autonomen Fahrens. 

Wo werden Lidar Sensoren verwendet?

Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: Excelitas, Kyocera, Pepperl+Fuchs, Valeo.