雷達Level UP：光達

雷達。掃描中...

Google Earth的空照圖可以看到你家的屋頂？聽起來很厲害，但以後你可能會發現在便利商店買的自家附近的地圖上，竟然可以數得出來你家的屋頂上正有幾隻貓咪在做日光浴……

這可不是在開玩笑，近年來，遠距遙測與定位的技術發展與普及化可是有著爆炸性的進展。想想GPS吧，這東西也才出現不到二十年，而且直到十年前，一台GPS裝置大概也只有專業級的技術人員才想入手(因為CP值太低了)；但是今天GPS晶片竟然已經快成為人手一台的智慧型手機的標準配備了！相較於GPS的流行，雷達這種東西則總是給人一種「這不是一般老百姓會使用的東西」的感覺。說得也是，誰會沒事想要探測自己身邊是否有敵對生物在潛伏阿?

但就在大家都沒有注意到的地方，雷達也在默默的進化。就在雷達與成熟的雷射技術與GPS導航技術結合之際，全新的升級版雷達就此誕生。我們稱之為──光達(Lidar，英文唸起來像是「瀨打」…我沒有在說打火機…)。傳統的雷達，在一面發射出無線電波的同時，一面接收被遠處物體反射回來的無線電波訊號，藉此得知物體的方位與距離；而進化版的光達基本上也遵循此一原理，只不過發出去的「光」從無線電波換成了波長較短的雷射光，例如紅外線雷射光(呃，再加上一把槍就變成狙擊槍了…)。由於發出去的光變成能量較集中且波長比較短的雷射，可想而知光達有著比雷達有更好的解析度。到底好到什麼程度？傳統的雷達，用於偵測空氣中的小水滴運動大概就是極限；但是光達卻能夠偵測到更小或是更高層大氣的粒子，甚至直接偵測空氣分子的運動。換句話說，光達可以幫助我們更了解大氣現象，在氣象學以及容易受天氣影響的天文觀測等領域是一大利器。

如果我們反過來把光達放在飛機上掃描地面，由於光達解析度很高的緣故，我們不只可以知道在地面上的物體的位置，在許多狀況下還可以更進一步地知道物體的外型。看看以下的兩張圖片，就可以知道：要數你家的屋頂上有幾隻貓咪，可不只是說說而已!

在上圖上方有一架飛機，內部有一具光達正在放出紅外雷射來「掃描」附近的地形。只要利用GPS來確認飛機的所在位置
(精確地說，是「飛機內的雷射光發射口的空間座標」)，經由計算光達回波的時間，就可以得知周圍地形的3D結構。下左圖是測量結果的俯視圖，顏色代表高度；下右圖則是測量結果的側視圖(只顯示橋樑部分)。可以看到，光達基本上把橋樑的所有細部特徵都描繪出來了。圖出處

這張圖是利用與前面一張圖相同的概念(稱為「空載光達」)掃描的某個都市的俯視圖。圖中每個格子點距離200公尺，而顏色則代表著不同的高度。我們可以看出：道路、房子屋頂等特徵清晰可見，而在比較高的山坡，每一點的小突起其實都是一棵樹的頂端。當然，這種等高線圖平常是看不到的，因為對大部分的人來說，查地形圖時要看的不是有幾棟房子幾棵樹，而是地表的坡度變化(哪裡比較陡之類的)。因此會把房子與樹的高度扣掉以後，再輸出成地圖。圖出處

如果您想知道更多，請看：

• Lidar@Wikipedia (英文)。看了以後的確對光達的應用層面之廣感到很驚訝…
• 美國國家海洋暨大氣總署對光達的介紹。在這裡也有幾個美國海岸線的光達掃描資料可供下載。台灣有沒有類似的資料?答案是有的，但考慮到光達解析度過高的緣故，這些資料在台灣被列為與軍方有關的重要機密，需要申請方可使用…
• 科學人雜誌去年的介紹。在技術層面上非常詳盡!