LiDAR, ультразвук и ToF: выбор датчика расстояния
Коротко. LiDAR и ультразвуковой датчик работают по одному принципу — измеряют время пролёта сигнала до объекта и обратно; различаются они типом волны: свет против звука. Отсюда и разница в поведении: лазерный луч узкий и точный, но проходит сквозь стекло; ультразвуковой конус широкий и стекло видит, но путается на мягких и косо стоящих поверхностях. Разница в цене на порядок: медиана LiDAR в каталоге — 17 497 ₽ против 5 238 ₽ у ультразвуковых и 1 810 ₽ у инфракрасных. Ниже — где каждая технология отказывает и как выбрать под задачу.
Что в каталоге: разбивка 1150 датчиков по технологиям
Классификация выполнена по названиям позиций категории «LiDAR, ультразвуковые и датчики расстояния», замер 22.07.2026. Из 1150 позиций к одной из четырёх групп отнесены 804; у оставшихся 346 в названии нет опознаваемого признака технологии, и в разбивку они не попали. Важная оговорка к строке «ToF». Время пролёта (time of flight) — это общий принцип измерения, а не отдельная технология в одном ряду с остальными. Texas Instruments прямо описывает ультразвуковое измерение как time-of-flight по времени распространения звука, и LiDAR измеряет то же время пролёта, только светового импульса. Поэтому строка «ToF-модули» ниже означает конкретно компактные оптические модули вроде VL53L1X, а не принцип измерения.
| Технология | Позиций | С открытой ценой | Медиана цены |
|---|---|---|---|
| Ультразвуковые | 352 | 336 | 5 238 ₽ |
| LiDAR и лазерные дальномеры | 316 | 254 | 17 497 ₽ |
| Инфракрасные (Sharp GP2 и др.) | 70 | 66 | 1 810 ₽ |
| Оптические ToF-модули (VL53 и др.) | 66 | 63 | 2 116 ₽ |
| Без опознанной технологии в названии | 346 | — | — |
Один принцип, разные волны
LiDAR излучает короткий лазерный импульс и засекает время до возврата отражённого света; расстояние вычисляется из этого времени. Ультразвуковой датчик делает то же самое, но звуком. Отсюда следуют все практические различия. Свет распространяется на несколько порядков быстрее звука, поэтому LiDAR измеряет большие дистанции и обновляет показания чаще. Лазерный луч узкий — он даёт точку, а не пятно, и позволяет строить карту сканированием. Ультразвуковой сигнал расходится конусом: датчик сообщает, что нечто есть в этом конусе, но не говорит, где именно внутри него. Практическое следствие: для позиционирования и построения карты нужен LiDAR, для простого «есть препятствие ближе N сантиметров» ультразвука достаточно, и он втрое дешевле по медиане каталога.
Где каждая технология отказывает
Ошибки выбора почти всегда связаны не с точностью в паспорте, а с материалом объекта и условиями. Ультразвук по описанию MaxBotix и TI испытывает трудности с мягкими поверхностями, поглощающими звук, объектами под углом к датчику, узкими проёмами, сильными потоками воздуха и акустически шумной средой. Отдельный фактор — температура: скорость звука от неё зависит, поэтому без температурной компенсации показания уплывают. Лазерные технологии ломаются на другом. Прозрачное стекло луч проходит насквозь и не возвращается — препятствие просто не существует для датчика. Зеркальные и сильно бликующие поверхности уводят луч в сторону. Яркий солнечный свет добавляет фоновую засветку и снижает дальность. Инфракрасные датчики вроде Sharp GP2 работают на коротких дистанциях и чувствительны к отражающей способности поверхности: тёмный матовый объект и светлый глянцевый на одном расстоянии дадут разные показания.
| Технология | На чём отказывает |
|---|---|
| Ультразвук | Мягкие поглощающие поверхности, объект под углом, поток воздуха, шум, дрейф от температуры |
| LiDAR и оптический ToF | Прозрачное стекло (луч проходит насквозь), зеркала и блики, яркая засветка |
| Инфракрасные | Зависимость от цвета и глянца поверхности, короткая дистанция |
Как выбрать под задачу
Отталкиваться стоит от того, что именно требуется получить. Нужна карта помещения или позиционирование робота — LiDAR, вариантов нет: только он даёт угловое разрешение, из которого строится карта. В каталоге это сегмент Benewake, YDLIDAR, LSLiDAR и DFRobot. Нужно фиксировать факт препятствия перед механизмом — ультразвук. Широкий конус здесь достоинство: он ловит объект, не требуя точного наведения. Медиана 5 238 ₽ против 17 497 ₽ делает разницу заметной при тираже. Нужен компактный датчик на плату для дистанций до нескольких метров — оптический ToF-модуль: медиана 2 116 ₽, размер с ноготь, интерфейс I2C. Работа со стеклом, зеркалами или прозрачной упаковкой — ультразвук, несмотря на все его недостатки: там, где лазер проходит насквозь, звук отражается.