2020'nin ilk ceyreğinde son kullanıcı ile tanıştırılan iPad Pro, tablet sınıfının zirvesine oturdu. Ardından bir ozelliğini iPhone 12 Pro ailesine miras bıraktı: LiDAR. iPhone 12 Pro'da da karşımıza cıktığını goruyoruz. Apple bu sensoru kullanırken sunduğu deneyimlerde; daha hızlı odaklanma ve algoritmalarıyla guclendirilmiş daha guclu bir artırılmış gerceklik sağlamakta.
Daha once hic bulunmadığınız bir yerde olduğunuzu duşunun. Nereye doğru, nasıl gideceğinizi bilmeniz zor, değil mi? Bir haritaya, rehbere ihtiyacınız var demektir. Etrafınızdaki tum cisimlerin bulunduğunuz yere olan mesafeleriyle, yukseklikleriyle, eğimleriyle bulunduğunuz yeri anlayabileceğiniz bir haritaya, ışıklar kapansa bile gozunuz olacak bir haritaya...
[h=2]LiDAR nedir?[/h]
Mimarlık, şehir planlaması, arkeoloji kazıları, otonom araclar, haritalandırma, robotik sistemler, orman ve su altı araştırmaları gibi bir cok alanda kullanılan LiDAR, hedeflenen yerin, isteğe gore 3 ya da 2 boyutlu haritalandırmasını yapmak icin kullanılan bir sensordur. Acılımı Light Detection and Ranging veya Laser Imaging Detection and Ranging şeklindedir, Turkce'ye Işık Tespiti ve Mesafe Olcum Sensoru şeklinde cevirilebilir.
[h=2]LiDAR nasıl calışır?[/h]
LiDAR, ışık dalgalarıyla olcum yapabilen bir sensor turudur. Genelde yuzey temelli LiDAR sistemlerinde 500 nanometre ile 600 nanometre dalga boyuna sahip lazerler kullanılır. Airborne LiDAR sistemlerinde ise 1000 nanometre ile 1600 nanometre dalga boyuna sahip lazerler kullanılmaktadır.
Dalga boyları arasında bulunan bu farkı şoyle acıklayabiliriz: Sabit boyutlarda dalga uretimi olan bir dalga havuzu duşunelim. İki dalganın tepe noktaları yani en yuksek olduğu noktalar arasında ki mesafe dalga boyu olarak tanımlanabilir.
İki dalga arası mesafe ne kadar buyurse, dalgaların boyuda o kadar buyuk olur. Ancak bu durum frekans ile yani tekrarlanma sayısı ile ters orantılıdır. LiDAR icinde gecerli olan dalga boyu kavramı burada onem kazanmaktadır. Dalga boyu kuculdukce gonderilen dalga sayısı artacaktır. Bu da daha fazla ornekleme almaya yardımcı olacak, dolayısı ile taramalar daha detaylı olacaktır.

LiDAR sensor tarafından yayılan lazer ışınları, bir cisme veya yuzeye carpar ve sensore geri doner. Sensor, gonderdiği lazer ışınlarının geri donuş suresine gore carptığı yuzeyin veya cismin uzaklığını olcebilir. Ancak bu olcum noktasaldır. Yani sensor tek bir veriyle haritalama veya simulasyon oluşturma işlemini tamamlayamaz. Bir haritalama veya simulasyon oluşturabilmesi icin bir veri dizini gerekmektedir. Yani sensor defalarca tarama yapmalıdır.
Defalarca alınan sensor verilerini anlamlandırmak icin ise farklı algoritmalar kullanmaktadır. Bu şekilde haritalandırma işlemi tamamlanmaktadır ve bu işlem SLAM olarak isimlendirilir. SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) yani Turkce manasıyla Eş Zamanlı Konum Belirleme ve Haritalama anlamına gelir ve LiDAR'lar icin geliştirilen bir algoritma turudur.
LiDAR'dan gelen verileri işler ve anlamlı hale getirir. Boylece LiDAR'ın bulunduğu konumun haritasını cıkartabileceği gibi, LiDAR veya LiDAR kullanılmış sistem yer değiştirdiği zaman etrafında olan tum değişiklikleri de algılayabilir. Bu ozelliği sayesinde ise artımlı olarak haritalandırma yapabilir.
[h=2]LiDAR'ların calışmasını sağlayan SLAM algoritması da kendi icerisinde farklı ceşitlere sahiptir:[/h] Hector SLAM Gmapping Karto Frontier Exploration Bu algoritmalar kullanım yer ve alanlarına gore değişiklik gostermektedirler. Bunun icin hız ya da tarama gibi testler uygulandığında birbirine gore cok duşuk ve yuksek performanslar sergileyebilirler.
[h=2]Peki LiDAR sensorden alınan veriler nasıl gorselleştirilir?[/h] Şimdi ise anlamlı verileri goruntuleyebileceğimiz bir ortama taşımamız gerekmekte. Bunun icin kullanılan simulasyon ortamları ise Rviz ve Gazebo olarak gecmektedir. Bu programlar interaktif olarak calışmaktadır. Yani artımsal olarak haritalama yapabilir ve en ufak bir değişikliği dahi algılayabilir.
[h=3]Aşağıda ki gorselde, LiDAR ile elde edilen verilerin anlamdırılması sonucu oluşturulmuş 2D bir harita buluyor. Burada LiDAR, anlık olarak olcum yapmaya devam ediyor ve etrafında ki tum değişiklikleri ekrana yansıtabiliyor:[/h]
[h=3]LiDAR Tarayıcı veya LiDAR kullanılmış bir sistem hareket ettiği zaman, goruntu de anlık olarak tarama verilerinin işlenmesiyle simulasyona eklenir ve canlı olarak izlenebilir:[/h]
Bu sensorler, uretim maliyeti oldukca duşen ve evlerimize kadar giren bir urun olan robot supurgelerde de bulunmakta. Her gecen gun yeni orneklerini gorsekte temelde hepsinin calışma mantığı ve algoritması aynı olup, mobil uygulama uzerinden robotun oluşturduğu haritayı gorebiliyor, istediğimiz yere yonlendirebiliyor ve uzaktan kumanda edebiliyoruz.
[h=2]LiDAR sensorlerin kullanım alanları:[/h] Akıllı ev aletleri Robotik calışmalar ve araştırmalar Akıllı telefon ve tabletler Otonom araclar Şehir planlama Tarım Ordu ve askeri araştırmalar Nehirler ve su altı araştırmaları [h=2]Akıllı ev aletleri: Robot supurgeler[/h]
Kullanıcıların iş yukunu oldukca hafifleten robot supurgeler bulundukları ortamın tum haritasını hafızasına kaydedebilir ve istendiği zaman aktif edilebileceği gibi zamanlama işlemi uygulanabilip gunun belli saatlerinde calışmalarını surdurebilirler. Otonom olarak calışırlar.
LiDAR tarayıcıların algoritması gereği interaktif olarak calışan bu robot gorevini yaparken eşyaların yerleri değişse bile tekrar yeni bir rota belirleyebilir ve gorevine devam edebilir. Aynı şekilde kullanıcı robotun etrafında bulunsa bile robot supurge bunu algılayacak ve rotasını anlık olarak değiştirebiliecektir.
[h=2]Robotik calışmalar ve araştırmalar[/h]
Universitelerde ve robot firmalarında yapılan calışmalarda sıkca LiDAR tarayıcılar kullanılmaktadır. Universitelerde yoğun olarak muhendislik dallarında ve lisans ustu araştırmalarda bu sensorlerin kullanıldığı bilinmektedir. Robot firmalarında ise otonom robot uretiminde sıkca kullanılır. Robot icin lokasyon tanımlamada ve haritalandırmada cok buyuk gorev ustlenen bir sensordur.
[h=2]Akıllı telefon ve tabletler[/h]
Orneklerini yeni yeni gormeye başladığımız LiDAR Tarayıcı iceren akıllı telefon ve tabletlerde LiDAR tarayıcı, kameraların daha hızlı odaklanmasını sağlamaktadır. Boylece fotoğraflardan derinlik olcebilmektedir. Bununla beraber oluşturulmuş algoritmalarla daha guclu ve daha hızlı bir artırılmış gerceklik deneyimi sunmaktadır.
[h=2]Otonom araclar[/h]
Trafikte her gecen gun sayısı artan otonom aracların bir coğunda da LiDAR Tarayıcıların olduğunu goruyoruz. Otonom araclarda LiDAR tarayıcılar, anlık olarak cevresinde bulunan tum aracları, yayaları ve cevresel etmenleri algılayıp anlamlandırabilir ve icerisinde bulunan yolcuyu guvende tutmak icin rotasını bu verilere gore tayin eder.
[h=2]Şehir planlama[/h]
Şehirlerde bulunan tum binalar, ağaclar, tumsekler, cukurlar ve insanlar gibi bir cok etken kentsel ekosistemleri oluşturmaktadır. Bu kentsel ekosistemleri detaylı bir şekilde haritalandırmak, şehir planlamacılara ve harita muhendislerine yardımcı olmaktadır.
[h=2]Tarım[/h]
LiDAR tarayıcılar, belirli bir arazinin uc boyutlu yukseklik haritasını oluşturmak icin kullanılabilir. Bu haritalar sayesinde arazi uzerinde bulunan eğimler, guneş ışığı alabilecek yerler, ruzgardan etkilenebilecek yuzeyler belirlenebilmektedir ve tarıma elverişli arazilerin testleri bu şekilde yurutulebilmektedir.
[h=2]Ordu ve askeri araştırmalar[/h]
Askeri birlikler tarafından araziyi anlamlandırmak, yuksek cozunurlu haritalar oluşturmak icin kullanılmakla beraber harp bolgelerini detaylı incelemek icin LiDAR tarayıcı iceren robotlar kullanılmaktadır.
[h=2]Nehirler ve su altı araştırmaları[/h]
LiDAR tarayıcılar ile sualtında bulunan her şeyi tanımlamak ve uc boyutlu haritasını cıkarmak icin kullanılmaktadır. Bu sayede derinlik, genişlik ve suyun akış hızı olculebilmektedir.
Evlerimize ve hatta cebimize kadar giren bu teknoloji uzun yıllardır bircok farklı alanda kullanılmakta ve kullanım alanına gore de buyuk felaketlere karşı onlem almamızı sağlayabilmektedir. Gelişen teknolojiyle beraber kullanımının yaygınlaşması ve daha sık rastlamamız ongorulmektedir.