LIDAR de l'anglès (Light Detection and Ranging) és una tecnologia òptica de teledetecció que mesura la distància des d'un punt emissor a qualsevol objecte o superfície mitjançant l'ús d'un làser. El sistema és molt semblant al radar (Radio Detection and Ranging) o al sonar (Sound Navigation and Ranging), però en lloc d'utilitzar l'emissió d'ones de ràdio o de so es fa servir llum. Altres termes que contenen la tecnologia LIDAR són ALSM (Airborne Laser Swath Mapping) i l'altimetria làser. L'acrònim LADAR (Laser Detection and Ranging) és molt utilitzat en contextos militars. miniatura|Aquest lidar pot ésser utilitzat per a escanejar edificacions, formacions de roques, etc., per a produir models 3D. El sistema lidar pot emetre el raig làser en un ampli rang: el seu cap rota horitzontalment, i un espill el transforma en vertical. El raig làser és utilitzat per a mesurar la distància al primer objecte en el seu camí.
El LIDAR (Light Detection And Ranging) és un sistema que permet obtenir un núvol de punts del terreny prenent-los mitjançant un escàner làser aerotransportat (ALS). Per realitzar aquest escanejat es combinen dos moviments: un longitudinal donat per la trajectòria de l'avió i un altre transversal mitjançant un mirall mòbil que desvia el feix de llum làser emès per l'escàner.
Els components d'un sensor LIDAR són:
Emissor o emissors de llum. Òptica per a condicionar el pols de llum emès. Mirall o miralls rotatius per a dirigir el o els feixos de llum en diferents direccions. Codificadors (Encoders) per a saber l'orientació del o dels miralls interns. Òptica per a condicionar els retorns rebuts. Fotodetector per a detectar els retorns rebuts i mesurar la seva intensitat.
Per tal de georeferenciar les lectures i per a corregir possibles inclinacions, els sistemes LIDAR solen utilitzar-se conjuntament amb sistemes de posicionament GNSS (Global Navigation Satellite Systems) i amb sistemes IMU (Inertial Measurement Unit) o INS (Inertial Navigation System). El sistema resultant s'anomena escàner làser o escàner LIDAR. Amb la integració de les dades d'aquestes sistemes i amb els algorismes corresponents és possible generar núvols de punts bidimensionals o tridimensionals que representin les escenes capturades. Per conèixer les coordenades del núvol de punts es necessita la posició del sensor i l'angle del mirall en cada moment. També és possible fusionar imatges obtingudes amb càmeres digitals RGB amb les dades dels sistemes LIDAR per tal d'obtenir núvols de punts amb dades de color associades a cada punt. Les mesures obtingudes per tots els components es prenen amb una mateixa etiqueta de temps (timestamp), per exemple a partir del sistema GNSS, per tal que es puguin sincronitzar correctament.
Un sensor LIDAR senzill proporciona la següent informació en cada mesura: Angle i distància de cada feix de llum emès. Intensitat de cada retorn.
Classificació Segons el tipus de llum:
La distància a l'objecte es calcula a partir del temps de vol (temps des de l'emissió de l'impuls de llum làser fins a la recepció d'un possible retorn de llum retrodispersada per la interacció amb objectes propers) o bé a partir de la diferència de fase entre l'impuls emès i el retorn rebut. LIDAR d'impulsos: el procés per a la mesura de la distància entre el sensor i el terreny es porta a terme mitjançant la mesura del temps que tarda un impuls des que és emès fins que és rebut. L'emissor funciona emetent polsos de llum. LIDAR de diferència de fase: en aquest cas l'emissor emet un feix de làser continu. Quan rep el senyal reflectit mesura la diferència de fase entre el senyal emès i el reflectit. Coneguda aquesta només cal resoldre el nombre de longitud d'ones senceres que ha recorregut (ambigüitats).
Segons el número de retorns detectats:
Un sensor LIDAR pot proporcionar una mesura de distància per cada pols de llum emès o bé diverses. Si l'impacte del feix de llum és parcial i el feix continua viatjant amb energia suficient, és possible obtenir una segona mesura de distància o bé diverses. Fins i tot hi ha sensors que enregistren el senyal rebut de forma contínua de manera que l'usuari pot interpretar-lo a posteriori.
De retorn simple Multiretorn De forma d'ona completa (Full waveform)
Segons la plataforma on s'embarca el sistema:
Escàner làser/LIDAR terrestre (Terrestrial Laser Scanner o TLS). El sistema pot ser estàtic o bé mòbil o portàtil (MTLS o PTLS) Escàner làser/LIDAR aerotransportat (Aerial Laser Scanner o ALS). En aquest cas, el sistema es pot embarcar en drons (UAV), avionetes tripulades i, fins i tot en satèl·lits (GEDI)
Segons tipus d'escaneig: Línies. Disposa d'un mirall rotatori en una sol sentit que va desviant el feix làser. Produeix línies paral·leles en el terreny com a patró d'escaneig. L'inconvenient principal d'aquest sistema és que en girar el mirall en una sola direcció no sempre tenim mesuraments. Zig-zag. En aquest cas el mirall és rotatori en dos sentits (anada i tornada). Produeix línies en ziga-zaga com a patró d'escaneig. Té l'avantatge que sempre aquesta mesura però en haver de canviar de sentit de gir l'acceleració del mirall varia segons la seva posició. Això fa que en les zones properes respecte al límit d'escaneig lateral (on varia el sentit de rotació del mirall), la densitat de punts escanejats sigui més gran que en el nadir. De fibra òptica. Des de la fibra central d'un cable de fibra òptica i amb l'ajuda d'uns petits miralls, el feix làser és desviat a les fibres laterals muntades al voltant de l'eix. Aquest sistema produeix una empremta en forma d'una espècie de circumferències superposades. Com que els miralls petits, la velocitat de presa de dades augmenta respecte als altres sistemes però l'angle d'escaneig (FOV) és menor. El·líptic (Palmer). En aquest cas el feix làser és desviat per dos miralls que utilitzen un patró d'escaneig el·líptic. Com a avantatges del mètode es pot dir que el terreny és de vegades escanejat des de diferents perspectives, encara que el fet de tenir dos miralls incrementa la dificultat en tenir dos mesuradors angulars.
Aplicacions La tecnologia LIDAR s'utilitza en arqueologia, geografia, geologia, geomorfologia, sismologia, agricultura, forestals, i física atmosfèrica, entre molts d'altres àmbits. En la geologia i la sismologia el LIDAR s'ha demostrat molt útil combinat amb sistemes GNSS, a més d'embarcar-se en avions i ser una important eina de localització de falles i alçaments tectònics. Les eixides d'aquestes dos tecnologies poden oferir uns models digitals d'elevacions (MDE) d'una gran precisió que, fins i tot, poden incloure arbres. La tecnologia LIDAR també ha estat útil en l'enginyeria forestal. Mesures de biomassa forestal, ponderació de la canòpia o dosser foliar i àrea foliar han estat estudiades a partir de sistemes LIDAR aeris (instal·lats a avions). Darrerament també s'està fent molta recerca en agricultura en aquest sentit.
Visualització 3D amb tecnologia LIDAR terrestre i batimètrica.
Visualització 3D d'Aeroports amb tecnologia LIDAR Aeri.
Visualització 3D d'imatge RGB i infraroja sobre dades LIDAR.
Visualització 3D de Carreteres amb LIDAR Aeri.
LIDAR Aeri aplicat a la gestió de línies elèctriques.
LIDAR Aeri aplicat a captura edificacions en 3D.
Topografia En topografia, el mesurament de distàncies amb làser per a la confecció de plànols i de mapes a gran escala, està revolucionant la presa de dades digitals relatives a l'elevació de terrenys. Aquesta tècnica és una alternativa a altres fonts de presa de dades com el Model Digital del Terreny (MDT). Es pot usar com una font de dades per als processos de contorn i generació de corbes de nivell per ortofotos digitals.
Un sistema LIDAR emet impulsos de llum que es reflecteixen en el terreny i en altres objectes presents en el mateix. Els fotons dels impulsos reflectits són transformats en impulsos elèctrics i interpretats per un registrador de dades d'alta velocitat. Com que la fórmula per a la velocitat de la llum és ben coneguda, els intervals de temps entre l'emissió i la recepció es poden calcular fàcilment. Aquests intervals són transformats en distància ajudats per la informació posicional obtinguda dels receptors GPS de l'avió/terreny, i de la unitat de mesura inercial de bord (IMU), la qual registra, constantment, l'altitud de l'aeronau.
Els sistemes LIDAR registren dades de posició (x, y) i d'elevació (z) en intervals predefinits. Les dades resultants donen lloc a una xarxa de punts molt densa, típicament a intervals d'1 a 3 metres. Els sistemes més sofisticats proporcionen dades no només del primer retorn sinó també dels següents, que proporcionen altures tant del terreny com de la seva vegetació. Les alçades de la vegetació poden proporcionar la base de partida per a l'anàlisi d'aplicacions de diferents tipus de vegetació o de separació d'alçada.
Una avantatge significativa d'aquesta tecnologia, pel que fa a altres, és que les dades poden ser adquirides en condicions atmosfèriques en què la fotografia aèria convencional no pot fer-ho. Per exemple, la presa de dades es pot fer des d'un avió en vol nocturn o en condicions de visibilitat reduïda, com les que es donen amb temps boirós o ennuvolat.
Els productes estàndard fotogramètrics derivats de les dades LIDAR inclouen models de contorn i elevació per ortofotos. Per a l'obtenció de contorns precisos cal un postprocessament de les dades inicials. Com que les dades LIDAR són obtingudes sobre els objectes elevats (per exemple edificis), s'usen sofisticats algoritmes per eliminar els punts relatius a aquests objectes. A causa de la gran densitat de punts calen molt poques línies de trencament, si de cas, per representar amb precisió el terreny. No obstant això, la presència del sistema LIDAR i l'ús de programari de post-processament, els procediments de validació hauran de ser incorporats en el procés per assegurar-se que els contorns finals siguin representatius del terreny. L'usuari final també haurà de considerar que els contorns derivats de LIDAR, tindran una aparença diferent a aquells compilats mitjançant tècniques fotogramètriques convencionals. A causa de la densitat de punts obtinguda, els contorns derivats de LIDAR, encara que altament precisos, tendiran a tenir una aparença més trencada.
El postprocessament i la verificació en 3D també són recomanables quan es fa ús de dades LIDAR per a la generació d'ortofotos digitals. Encara que els requeriments de precisió vertical per a la generació d'una ortofoto són menys estrictes que per a la generació de contorns, les dades s'han de verificar per detectar errors d'embalum. No cal necessàriament que els punts en edificis siguin eliminats. De fet, els edificis modelats amb dades LIDAR seran rectificats en la seva veritable posició (ortofoto veritable), i les distorsions radials eliminades causades per la inclinació dels edificis. Aquesta millora és d'alguna manera afectada pel fet que les vores d'edificis poden tendir a veure's arrodonides; això és segons la localització dels punts relatius a la vora de l'edifici.
Amb el postprocessament es poden obtenir les següents dades: Extracció de cota sòl. Extracció d'edificis. Extracció d'arbres i masses forestals. Eines de depuració del terreny. Creació de vectors tridimensionals. Eina de quadratura d'edificis. Eina d'edició. Retall d'imatges.
La precisió de les dades obtingudes mitjançant la tècnica LIDAR depenen de: La freqüència del pols. L'alçada de vol. El diàmetre del raig làser (depenent del sistema) La qualitat de les dades GPS/IMU i els procediments de post processament.