極其強大的激光雷達：引導自動駕駛，揭秘古城，探索月球

激光雷達技術（LiDAR）遠比我想象中的更驚人。不僅用在了最新一代的iPhone和iPad上爲大家展示3D掃描、AR增強現實、Unity遊戲、3D打印等領域的聯動；還一直在爲自動駕駛提供幫助，以進行障礙物檢測和迴避。除此外，還能用來探索月球，和發現瑪雅人和阿茲臺克人的龐大遺蹟。

LiDAR是light detection and ranging（光檢測和測距）的首字母縮寫，通過用脈衝激光照射目標，然後測量其反射到達傳感器所需的時間來測量距離。激光雷達的基本概念是在1930年由EH Synge提出的，設想是使用強大的探照燈來探測大氣。

但世界上第一個激光雷達系統卻是由休斯飛機公司在30年後的1961年推出的，當時主要用於衛星跟蹤。原理是將激光聚焦成像，通過使用適當的傳感器和數據採集電子設備，測量信號返回的時間，並以此計算距離。

最早期的激光雷達並不叫LiDAR，而是被稱爲“ Colidar”，是Coherent Light Detecting And Ranging（相干光檢測和測距）的縮寫。後來，到了1963年，大型步槍式激光測距儀Colidar Mark II作爲Colidar系統第一個實際應用產品被生產，才首次提到了LiDAR（激光雷達），表明它起源於“光”和“雷達”的成像技術。

現如今所有的激光測距儀、激光雷達單位以及激光高度計都是從早期的Colidar系統衍生而來的。激光雷達基於方向、平臺、掃描機制可以分成各種類別，其中，常常聽到的LiDAR相機拍攝的是距離，而非普通照片。

根據使用的傳感器不同，強大的LiDAR單元每秒可以發射數十萬個光脈衝。然後，將測量或返回值處理成point cloud的3D可視化。

LiDAR常見的激光波長在750 nm至1500 nm之間，一般使用可見光或紅外光。激光通過反向散射反射，可以用於控制自動駕駛汽車或創建高分辨率地圖。

這些地圖可用於測量，地理，考古，地質，地震和林業，比如幫助創建考古現場的高分辨率數字高程模型（DEM）。這種DEM模型可以揭示原本被植被隱藏的微觀地形。在2018年，LiDAR就使考古學家發現了位於危地馬拉瑪雅保護區的60,000多處遺蹟。

激光雷達技術看起來離我們遙遠，實際上隨處可見。不提那些專業產品，單是我們身邊的特斯拉等自動駕駛汽車、iPhone12等雷達感應手機，以及家中的紅外線測距儀等，便可體會到，LiDAR將在未來的視覺科學中發揮重要作用。並且，NASA已經將激光雷達確定爲實現登月計劃中自動和精確着陸的關鍵技術，國家地理雜誌也稱，這是最適用於探索古城的技術。