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

Felipe Ventura Ana Marques
Por e
• Atualizado há 11 meses
Sensor LiDAR no iPhone 12 Pro
Sensor LiDAR no iPhone 12 Pro (Imagem: Divulgação / Apple)

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.

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

Shapr3D usa scanner LiDAR do iPad Pro para gerar modelo 3D de um cômodo
Shapr3D, sistema CAD profissional, usa scanner LiDAR do iPad Pro para gerar modelo 3D de um cômodo (Imagem: Divulgação / Apple)
  • 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.
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