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光學雷達

光學雷達，或稱光達或激光雷達（英語：lidar, LIDAR, LiDAR，是英文「Light Detection And Ranging」的縮寫）[1]，是一種光學遙感技術，它通過向目標照射一束光，通常是一束脈衝激光來測量目標的距離等參數。激光雷達在測繪學、考古學、地理學、地貌、地震、林業、遙感以及大氣物理等領域都有應用[2] 此外，這項技術還用於機載激光地圖測繪、激光測高、激光雷達等高線繪製等等具體應用中。

光學雷達在雕像古冢國家保護區擷取影像
利用光學雷達在恆河和布拉馬普特拉河流域收集數字高程地圖數據的衛星動畫
星火光學測距中使用的頻率疊加光輻射源，這個光源用於激光雷達和激光引導星實驗，它使用鈉黃光D2譜線，用來激發大氣層高空鈉層鈉原子。
這個光學雷達可能用於掃描建築物、岩層等來構造3D立體模型。這個光學雷達可以將它的光束瞄準在很寬的範圍內，頭部可以水平轉動，而一個鏡子負責垂直轉動。激光束用來測量光路上第一個物體的距離。
一架飛機收集巴西熱帶雨林的樹梢數據。
在這個影片中，可以模擬飛過雨林和樹葉的場景。
該影片顯示了一架飛機在巴西的熱帶雨林上採集了長50公里的激光雷達數據。 對於地面特徵，顏色是從深褐色到棕褐色。 植被高度用綠色陰影來表示，深綠色最接近地面，淺綠色最高。
一個基本的激光雷達系統包括旋轉鏡子和激光測距儀。

光學雷達對物體距離的測量與通常所說的雷達類似，都是通過測量傳送和接受到的脈衝訊號時間間隔來計算物體的距離。因此，由於原理上的相似性，儘管雷達的準確定義是使用微波或無線電波等波長較長的電磁波進行檢測測距的裝置，光學雷達這一術語仍然被廣泛使用。

依據搭載平台不同, 激光雷達可以分為星載激光雷達(spaceborne lidar)、機載激光雷達(airbornelaser scanner, ALS)、無人機激光雷達(drone laser scanner, DLS)、車載激光雷達(vehicle-mounted laser scanner, VLS)和地基激光雷達 (terrestrial laser scanner, TLS)[3]。

歷史和詞源

光學雷達起源於1960年代初，在激光發明後不久，透過激光對焦成像與透過使用感測器和數碼搜集裝置測量訊號回傳時間，及計算距離的能力結合而產生。 它的第一個應用來自氣象學，美國國家大氣研究中心用它來測量雲。[4] 1971年阿波羅15號任務期間，當太空人使用激光高度計繪製月球表面時，讓人們意識到光學雷達的準確性和實用性。

儘管現在大多數人會把「LIDAR」這個詞當作縮寫，其實該術語起源於「light」與「radar」的混成詞。 1963年首次發表的關於激光雷達的文章清楚地表明：「最終，激光可以提供遠距離物體的特定波長的探測運用。」同時，它被用於研究月球。牛津英語詞典應證了這個詞源。[5]

光學雷達作為首字母縮寫（「LIDAR」或「LiDAR」）的解釋後的1970年，[6] 有人基於以下假設：由於基本術語「雷達」最初是作為「無線電檢測和測距」的縮寫開始的，所以「光學雷達」必須代表「光檢測和測距」[7] 或「激光光成像，檢測和測距」。[8]儘管英語不再把「radar」當作縮寫，而且印刷的文字普遍以「lidar」這個詞為主，但在1980年代開始的一些出版物中，「lidar」一詞變成了大寫字母「LIDAR」或「LiDAR」。 目前還沒有關於大寫字母的共識，反映了光學雷達是否是縮寫詞的不確定性，以及它是否是縮寫，是否應該以小寫形式出現，如「lidar」。 各種出版物將光學雷達稱為「LIDAR」，「LiDAR」，「LIDaR」或「Lidar」。 美國地質調查局有時在同一檔案中同時使用「LIDAR」和「lidar」；[9] 而紐約時報主要使用「lidar」，[10] 路透社等新聞公司可能會使用「Lidar」。[11]

感測器

與檢測物體自然發射的能量的無源感測器相反，光學雷達使用有源感測器，它們發射自己的能量源進行照明。 能量源撞擊物體，物體反射的能量被感測器檢測和測量。 激光光雷達是有源感測器的一個例子，它使用激光器（通過受激發射輻射的光放大）雷達傳輸光脈沖和帶有靈敏探測器的接收器來測量背散射或反射光。 通過記錄發射和背散射脈沖之間的時間並使用光速計算行進距離來確定與物體的距離。[12]

 
這輛TomTom公司的測繪麵包車的車頂行李架裝有五個激光雷達。

參考文獻

  1. ^ LIDAR—Light Detection and Ranging—is a remote sensing method used to examine the surface of the Earth. NOAA. [June 4, 2013]. （原始內容存檔於2013-06-04）. 
  2. ^ Cracknell, Arthur P.; Hayes, Ladson. Introduction to Remote Sensing 2. London: Taylor and Francis. 2007 [1991]. ISBN 0849392551. OCLC 70765252. 
  3. ^ 郭慶華; 蘇艷軍; 胡天宇; 劉瑾. 激光雷达森林生态应用——理论、方法及实例. 高等教育出版社. 2018 [2020-11-24]. ISBN 978-7-04-049301-6. （原始內容存檔於2021-03-15）. 
  4. ^ Goyer, G. G.; R. Watson. The Laser and its Application to Meteorology. Bulletin of the American Meteorological Society. September 1963, 44 (9): 564–575 [568]. 
  5. ^ Oxford English Dictionary. 2013: Entry for "lidar" [2018-04-02]. （原始內容存檔於2008-01-11）. 
  6. ^ "New Artillery Against Smog: TV and Lidar" Popular Mechanics, April 1970, p. 104.
  7. ^ Light Detection and Ranging. Ngs.noaa.gov. 2011-04-15 [2016-02-22]. （原始內容存檔於2016-03-04）. 
  8. ^ US 20090273770  patent
  9. ^ CLICK. Lidar.cr.usgs.gov. 2015-09-16 [2016-02-22]. （原始內容存檔於2016-02-19）. 
  10. ^ NYTimes.com search. nytimes.com. [2017-04-07]. （原始內容存檔於2017-04-08）. 
  11. ^ Waymo Self-Driving Unit Sought Arbitration Over Engineer Now at Uber. nytimes.com. 2017-03-29 [2017-04-07]. 
  12. ^ Remote Sensors | Earthdata. earthdata.nasa.gov. [2017-03-18]. （原始內容存檔於2017-03-19）.    本文含有此來源中屬於公有領域的內容。

外部連結

 
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