LiDAR 技術入門
LiDAR（Light Detection and Ranging，光達）是一種主動式感測技術，透過發射雷射光並接收反射訊號來計算物體距離，再將大量量測點組合成三維點雲。它擅長取得空間深度與物體輪廓，因此常見於自動駕駛、機器人、無人機、測繪、智慧交通與工業安全等應用。
LiDAR 並非在所有條件下都優於雷達或相機。目標物反射率、雨霧、強光、掃描方式與硬體規格都可能影響探測結果；需要高可靠度的系統，通常會結合 LiDAR、雷達與相機，利用不同感測器的優勢互相補足。
LiDAR 是什麼？
LiDAR 是「Light Detection and Ranging」的縮寫，台灣常稱為光達、光學雷達或雷射雷達。LiDAR 主動向環境發射可見光或近紅外光，量測光線碰到物體後返回感測器所需的時間，藉此計算目標距離與空間位置。
相機主要記錄色彩與亮度，LiDAR 則直接取得大量具有深度資訊的量測點。這些點可以形成三維點雲，讓系統判斷物體的距離、外形、位置與移動變化。
LiDAR 如何測量距離？
常見 LiDAR 會依據雷射光往返感測器與目標物所需的時間計算距離。基本公式為：距離＝光速 × 往返時間 ÷ 2；除以 2 是因為量測時間包含光線前往目標與反射返回的兩段路程。
- 發射光訊號：雷射發射器向指定方向送出脈衝光或經調變的連續光。
- 光線接觸目標：光線照射物體表面後，部分能量朝感測器方向反射。
- 接收反射訊號：接收器偵測返回的光，記錄時間、相位或頻率變化。
- 計算距離：處理器依測距原理換算感測器與目標物之間的距離。
- 形成點雲：系統重複量測不同方向，將大量空間座標組合成三維點雲。
LiDAR 點雲是什麼？
LiDAR 點雲是由大量三維量測點構成的資料集合。每個點通常包含 X、Y、Z 空間座標，部分系統也會記錄反射強度、時間戳記、回波次數或其他欄位。
點雲不是一般彩色照片。它的核心價值是保留物體與環境的幾何資訊，後續可用於物體偵測、定位、地圖建立、體積量測、障礙物辨識與三維建模；若需要顏色或紋理，則可再與相機影像進行融合。
FOV 視野範圍代表什麼？
FOV（Field of View）代表 LiDAR 一次可觀測的角度範圍，通常分為水平 FOV 與垂直 FOV。例如 70° × 30°，表示感測器在水平方向可涵蓋 70°、垂直方向可涵蓋 30°。
FOV 越大，代表覆蓋範圍通常越廣，但不表示影像一定更細緻。還要一起評估角解析度、掃描線數、點頻率與幀率；在點數有限的情況下擴大 FOV，單位角度內可分配的量測點可能反而減少。
哪些因素會影響 LiDAR 探測效果？
LiDAR 的標示距離不是所有環境與物體都能達到的固定值。實際表現常受以下因素影響：
- 目標反射率：深色、低反射率表面可能使返回訊號較弱；高反射物體則可能產生過強回波。
- 材質與表面角度：玻璃、鏡面、金屬與傾斜表面可能造成穿透、鏡面反射或回波方向偏移。
- 雨、霧、雪與灰塵：空氣中的粒子會造成散射、衰減或額外雜訊，降低有效距離與點雲品質。
- 環境光：強烈陽光或其他光源可能提高接收器的背景雜訊，抗環境光能力需依產品規格與實測確認。
- 掃描與接收設計：波長、發射功率、接收器靈敏度、掃描方式、演算法與濾波能力都會影響結果。
LiDAR、雷達與相機有什麼差異？
LiDAR 擅長取得精細的三維距離資訊，雷達擅長測量距離與徑向速度且通常較能應對惡劣天候，相機則能提供豐富的色彩、紋理與語意資訊。三者沒有單一技術可在所有情境全面勝出，高可靠度系統通常採用感測器融合。
| 比較項目 | LiDAR 光達 | Radar | camera |
|---|---|---|---|
| 主要訊號 | 可見光或紅外光 | 無線電波 | 環境中的可見光或紅外光 |
| 主要輸出 | 距離、三維座標、反射強度 | 距離、方位、徑向速度 | 色彩、亮度、紋理與二維影像 |
| 深度量測 | 可直接量測距離並形成三維點雲 | 可直接量測距離，但空間細節依頻段與設計而異 | 單眼相機通常需透過演算法推估；雙目或深度相機可取得深度 |
| 物體辨識 | 可依幾何輪廓與點雲特徵辨識 | 較適合偵測物體存在、距離與速度 | 擅長辨識標誌、顏色、文字與物體類別 |
| 光線影響 | 可在夜間主動量測，但強烈環境光仍可能影響表現 | 不依賴可見光 | 高度依賴照明、曝光與影像動態範圍 |
| 惡劣天候 | 雨霧雪可能造成散射與衰減 | 通常較能維持探測，但仍會受頻段、降雨與多路徑影響 | 雨霧、髒污、眩光與低照度可能降低影像品質 |
| 隱私考量 | 點雲通常不直接呈現人臉紋理，但仍須評估資料組合與使用方式 | 通常不直接產生可識別人臉的影像 | 可能記錄人臉、車牌或其他可識別影像 |
| 常見角色 | 三維環境建模、障礙物輪廓與精準距離 | 長距離偵測、速度量測與全天候輔助 | 物體分類、標誌辨識與場景語意理解 |
LiDAR 有哪些種類？
LiDAR 可以依掃描機構、測距原理、波長與接收方式分類。若以常見的光束掃描架構來看，可先分為機械式、MEMS、OPA 與 Flash LiDAR；不同產業對「固態」與「半固態」的用語並不完全一致，選型時應直接確認內部是否仍有活動元件。
機械式 LiDAR
機械式 LiDAR 透過馬達或旋轉機構改變雷射掃描方向，常可取得寬廣甚至 360° 的水平視野，適合需要完整環境覆蓋的測繪、研究與移動平台。
其取捨包括體積、重量、成本、活動零件耐久度，以及安裝在車輛或設備後的整合與維護需求。是否適合量產，仍須依車規、環境耐受性與使用壽命驗證。
MEMS LiDAR
MEMS LiDAR 使用微機電系統中的微型反射鏡偏轉光束，以縮小傳統機械掃描結構的體積，並可透過控制方式調整掃描區域、掃描線或幀率。
MEMS 方案仍包含微型活動元件，因此市場上有時稱為固態或半固態 LiDAR；若採嚴格分類，會與完全沒有活動掃描元件的 OPA 或 Flash 方案區分。
OPA 光學相位陣列 LiDAR
OPA（Optical Phased Array）利用多個光學元件之間的相位差控制光束方向，可在不依賴傳統機械旋轉的情況下進行電子式掃描。
OPA 具備小型化與高速光束控制的潛力，但實際表現仍取決於旁瓣抑制、掃描角度、光學效率、製程精度、成本與量產能力。
Flash LiDAR
Flash LiDAR 會在短時間內照亮整個視野範圍，再透過接收器陣列同時取得場景的深度資訊，不需要逐點進行機械掃描。
其優勢是可快速擷取整個畫面，適合特定近距離與動態場景；但探測距離、空間解析度、功耗、眼睛安全與強光環境表現仍須依產品設計取捨。
LiDAR 可以應用在哪些領域？
只要系統需要取得物體距離、三維輪廓或空間變化，LiDAR 都可能成為感測方案之一。常見應用包括：
- 自動駕駛與 ADAS取得車輛周圍的三維環境、障礙物距離與道路幾何資訊，再與相機、雷達、GNSS 和慣性量測資料融合。
- 自主移動機器人與 AGV支援定位、建圖、路徑規劃、避障與人員安全區域偵測，倉儲與工廠應用也須評估反光表面及遮蔽。
- 無人機與空中測繪取得地形、建築、林業或基礎設施的三維資料；選型時需特別考量重量、功耗、量測距離與飛行高度。
- 地形測繪與三維建模建立地表、道路、建築或空間模型，用於工程測量、都市規劃、資產盤點與數位孿生資料建置。
- 智慧交通與人流分析偵測車流、人流、停車位占用與移動軌跡；點雲不直接呈現一般影像紋理，但仍應納入隱私與資料治理規劃。
- 工業安全與周界監控監測特定區域中的人員、車輛或物體進入事件，並可結合規則或辨識軟體觸發告警。
評估 LiDAR 時要看哪些規格？
選擇 LiDAR 不能只比較「最遠探測距離」。應先定義目標物、安裝位置、環境條件與所需更新速度，再同步評估以下規格：
- 典型與最大探測距離：確認數值是在何種反射率、環境光、天候與偵測條件下量得。
- 水平與垂直 FOV：確認是否能覆蓋實際監測區域，以及是否需要多顆感測器補足死角。
- 角解析度：影響相鄰目標與細節的區分能力，須與距離及物體尺寸一起判讀。
- 點頻率與幀率：影響每秒可取得的量測點與環境更新速度；高速移動場景通常更重視即時性。
- 準確度、精度與重複性：三者定義不同，必須確認量測誤差、穩定性與測試條件。
- 波長與雷射安全：確認光源波長、雷射安全等級及實際安裝限制。
- 環境耐受性：檢查工作溫度、防塵防水、耐振動、抗陽光與雨霧環境表現。
- 介面與資料格式：確認網路介面、時間同步、點雲格式、SDK、驅動程式與運算平台相容性。
- 尺寸、重量與功耗：無人機、車載與移動設備尤其需要評估負載、供電與散熱。
Product Recommendation
HKCube MEMS LiDAR
若應用需要可配置掃描與三維點雲資料，可依視野範圍、典型工作距離、角解析度與設備整合條件評估 HKCube 1 或 HKCube Range 1。下列數值依現有宏虹產品頁整理，正式選型前仍應以最新資料表與實際測試為準。
寬視野與輕量整合
HKCube 1
- 典型應用範圍：1.5–75 公尺
- 視野範圍：70° × 30°
- 重量：275 公克
適合重視寬視野、小型化與可配置掃描的無人機、智慧交通、工業與安全監測應用。
查看 HKCube 1 產品資訊
長距離偵測
HKCube Range 1
- 典型應用範圍：5–150 公尺
- 視野範圍：18° × 12°
- 角解析度：0.24°
適合需要較長工作距離、較集中視野與移動物體三維量測的應用情境。
查看 HKCube Range 1 產品資訊註：探測距離會受到目標反射率、環境光、天候、安裝與辨識條件影響。HKCube Range 1 產品頁亦註明部分數值為初步目標規格，採購與導入前請再次確認最新資料。
LiDAR 常見問題
LiDAR 可以在晚上運作嗎？
可以。LiDAR 主動發射光訊號，不必完全依賴環境照明，因此可在夜間量測距離與三維輪廓。不過，實際表現仍會受到強烈環境光、感測器設計、目標反射率與安裝條件影響。
雨、霧或雪會影響 LiDAR 嗎？
會。雨滴、霧氣與雪可能造成雷射光散射、衰減或產生額外回波，進而降低有效探測距離與點雲品質。需要戶外運作時，應依實際天候條件測試，而不能只依理想環境中的最大距離選型。
LiDAR 可以取代雷達或相機嗎？
通常不建議直接取代。LiDAR 擅長三維距離與輪廓，雷達擅長距離與速度量測且通常較能應對惡劣天候，相機則能提供色彩、文字與物體語意。安全與自動化應用多透過感測器融合提高覆蓋與備援能力。
LiDAR 點雲和一般相機影像有什麼不同？
LiDAR 點雲主要由具有 X、Y、Z 座標與反射強度的量測點構成，著重物體距離與三維幾何；一般相機影像主要記錄色彩與亮度，較適合辨識標誌、文字、紋理與物體類別。
MEMS LiDAR 算不算固態 LiDAR？
市場上有時會把 MEMS LiDAR 歸入固態或半固態 LiDAR，但 MEMS 方案仍使用微型活動反射鏡。若採嚴格分類，通常會與完全不依賴活動掃描元件的 OPA、Flash 方案區分；比較產品時，直接確認掃描結構比只看分類名稱更可靠。
