O que é o sensor LiDAR usado em câmeras de smartphones?
O scanner LiDAR foi a aposta da Apple para melhorar a câmera de iPhones e iPads, e Samsung também usa a tecnologia; entenda como o sensor funciona e suas aplicações
O scanner LiDAR é um tipo de sensor de profundidade que realiza mapeamento 3D com precisão, utilizando pulsos de laser. Ele pode ser encontrado em smartphones, carros autônomos, drones e dispositivos de realidade aumentada.
Índice
A sigla “LiDAR” significa “Light Detection and Ranging” (detecção e alcance de luz). A quarta geração do iPad Pro foi a primeira com um sensor LiDAR embutido na câmera traseira; os primeiros celulares com a tecnologia foram o iPhone 12 Pro e Pro Max.
Como funciona o sensor LiDAR
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 usado para criar um mapa 3D em tempo real do ambiente, com informações espaciais precisas.
Os dispositivos LiDAR 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. O sensor geralmente vem ao lado de câmeras tradicionais, que 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: 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: esta técnica envolve emitir ondas de luz e calcular quanto tempo elas demoram para serem refletidas de volta.
A principal vantagem do LiDAR sobre outros sensores ToF 3D é o alcance maior: de 4 m a 10 m em espaços internos, até 200 m em carros autônomos, e 1 km a 45 km em aplicações espaciais, como explica a universidade suíça EPFL.
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 LiDAR
- 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 usado 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 LiDAR
- 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 os 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.
