Cómo funciona LiDAR: escaneo 3D en smartphones y automóviles

En los últimos años, LiDAR se ha consolidado como una de las tecnologías clave tanto en smartphones como en los sistemas automotrices modernos. Esta tecnología permite a los dispositivos "ver" el entorno en tres dimensiones, medir distancias con gran precisión y crear mapas de profundidad detallados. En smartphones, LiDAR mejora las aplicaciones de realidad aumentada (AR) y acelera el enfoque de la cámara, mientras que en automóviles se utiliza para la navegación, la prevención de colisiones y el funcionamiento de sistemas de piloto automático.

¿Qué es LiDAR y qué mide?

LiDAR (Light Detection and Ranging) es una tecnología de medición remota que determina la distancia a los objetos utilizando impulsos láser. A diferencia de las cámaras, que capturan imágenes, LiDAR "escanea" activamente el espacio: el dispositivo emite breves destellos de láser infrarrojo, recibe la señal reflejada y calcula la distancia según el tiempo que tarda en regresar.

El objetivo principal de LiDAR es obtener un mapa de profundidad preciso. Sus capacidades incluyen:

• Medición de la distancia a cada punto del encuadre
• Determinación de la forma y la posición de los objetos
• Captura de contornos volumétricos de paredes, muebles y personas
• Detección de cambios en el espacio en tiempo real

El resultado es un modelo 3D denso del entorno, donde cada punto tiene coordenadas. Por ello, LiDAR es fundamental en smartphones para aplicaciones de AR y escaneo de interiores, y en automóviles para el reconocimiento de obstáculos, navegación y planificación de rutas seguras.

Principio de funcionamiento de LiDAR: láser, reflexión y medición temporal

El funcionamiento de LiDAR se basa en el método Time-of-Flight (ToF): medir el tiempo que tarda la luz en viajar hasta el objeto y regresar. El sensor envía un breve impulso láser, generalmente en el espectro infrarrojo, y detecta el momento en que el rayo reflejado vuelve al receptor. Conociendo la velocidad de la luz, el sistema calcula la distancia exacta con una precisión de centímetros e incluso milímetros en algunos casos.

Los LiDAR modernos emiten miles de impulsos por segundo, escaneando el entorno punto por punto. En smartphones, esto ocurre en un rango de varios metros, mientras que en automóviles puede alcanzar decenas o cientos de metros, generando una nube de puntos completa. El procesamiento de estos datos permite construir un mapa 3D, donde cada fragmento de la escena se representa como una coordenada en el espacio.

Este esquema hace que LiDAR sea independiente de la iluminación externa: funciona igual de bien de día y de noche, ya que utiliza su propia fuente de luz. Esto le otorga una ventaja sobre las cámaras, que dependen de la luz ambiental y el contraste de la escena.

ToF vs LiDAR: diferencias en la medición de distancia

Las cámaras ToF y los sistemas LiDAR comparten el principio de medir el tiempo de vuelo de la luz, pero difieren en escala y precisión. El ToF es una versión simplificada que mide la profundidad de toda la escena a la vez, generando un mapa de profundidad de baja o media resolución. Es útil para tareas sencillas como desenfoque de fondo, reconocimiento de gestos o funciones básicas de AR.

LiDAR, en cambio, genera numerosos impulsos láser puntuales en lugar de un único haz general. Cada punto se mide individualmente, lo que proporciona mayor precisión, mejor resolución espacial y resultados mucho más estables en superficies complejas.

Principales diferencias:

• ToF: rápido, económico y menos preciso
• LiDAR: preciso, detallado y apto para escaneo 3D y navegación
• ToF mide la escena de manera "plana", LiDAR construye una nube de puntos real

Por ello, los smartphones con LiDAR funcionan mejor con modelos de AR, mientras que los sistemas automotrices no utilizan ToF debido a sus limitaciones.

LiDAR en smartphones: mapa de profundidad, AR y escaneo 3D de interiores

El LiDAR de los smartphones opera a distancias cortas -normalmente hasta 3-5 metros- pero proporciona datos mucho más precisos que una cámara ToF. El sensor genera rápidamente un mapa de profundidad donde cada punto refleja la distancia a una pared, mueble u objeto. Con este mapa, el smartphone puede construir modelos tridimensionales, medir espacios y posicionar objetos virtuales con precisión.

Con LiDAR, las aplicaciones de AR se vuelven más estables: los modelos virtuales "reposan" en el suelo sin temblores, reconocen superficies, evitan objetos reales y reaccionan correctamente a los cambios en la escena. Para el escaneo de interiores, LiDAR permite crear planos 3D de habitaciones rápidamente, determinar dimensiones y obtener la geometría exacta.

Además, LiDAR acelera el autoenfoque de la cámara en condiciones de poca luz: al conocer la distancia al objeto, el smartphone no pierde tiempo buscando la nitidez. Por eso, los dispositivos con LiDAR capturan mejores fotos nocturnas y en entornos oscuros.

Cómo funciona LiDAR en iPhone: características del sensor de Apple

El LiDAR del iPhone es un escáner de profundidad compacto integrado en el módulo de la cámara principal. Utiliza un láser infrarrojo que proyecta una malla de puntos invisibles y luego mide el tiempo de retorno de los impulsos reflejados. Con estos datos, el smartphone construye un mapa de profundidad detallado en tiempo real.

La principal ventaja del LiDAR de Apple es su estrecha integración con el sistema de cámaras y el procesador. El chip de la serie A procesa millones de mediciones por segundo, combinándolas con información de las cámaras y los acelerómetros. Esto ofrece varias ventajas:

• Enfoque automático rápido y preciso en la oscuridad: la cámara conoce la distancia exacta al objeto
• Mejor separación entre el sujeto y el fondo en fotos de retrato
• Colocación precisa de objetos de AR incluso con poca luz
• Funcionamiento simultáneo con mapas de suelos, paredes y muebles, lo que hace que las aplicaciones de AR sean más realistas

El sensor de Apple está optimizado para distancias cortas: crea una malla densa de profundidad a pocos metros, ideal para AR, interiores y fotografía. El iPhone no busca ser un escáner de largo alcance, sino priorizar la precisión y estabilidad en distancias cortas.

LiDAR en automóviles: visión 360°, conducción autónoma y seguridad

Los sistemas LiDAR de automóviles son versiones más potentes y de mayor alcance, capaces de "ver" el entorno a decenas o incluso cientos de metros alrededor del vehículo. Forman nubes de puntos detalladas que permiten al automóvil comprender el entorno en 3D: detectar peatones, vehículos, bordillos, señales de tráfico, obstáculos y calcular la distancia a ellos con gran precisión.

A diferencia de las cámaras, LiDAR no depende de la iluminación y funciona bien en la oscuridad; y a diferencia del radar, reconoce la forma y los contornos de los objetos, no solo su movimiento. Esto lo convierte en un elemento clave de los sistemas de conducción autónoma. Estos escáneres suelen girar o utilizar láseres de gran angular, proporcionando una visión circular de 360°.

Funciones del LiDAR automotriz:

• Construcción de un mapa 3D del entorno
• Seguimiento de objetos en tiempo real
• Asistencia al piloto automático para mantener una distancia segura
• Advertencia de colisiones
• Funcionamiento estable en la noche y con mala iluminación

Los modelos utilizados en automóviles son mucho más potentes que los LiDAR móviles y emplean una arquitectura multihaz, lo que les permite detectar objetos pequeños y posicionarlos con precisión, incluso cuando la cámara o el radar ofrecen poca información.

Ventajas de LiDAR sobre las cámaras y el radar

LiDAR combina la precisión de las mediciones láser con la independencia de la iluminación, lo que lo hace único entre los sensores de percepción. A diferencia de las cámaras, que dependen de la luz, el contraste y las texturas, LiDAR "ve" el espacio igual de bien de día y de noche. No se "ciega" con luces intensas ni pierde objetos en la oscuridad total.

Ventajas frente a la cámara:

• Geometría tridimensional precisa de la escena
• Funcionamiento fiable en la oscuridad
• Medición correcta de la distancia a todos los puntos
• Menor dependencia del clima y los reflejos

Ventajas frente al radar:

• Alta resolución: detecta contornos y formas, no solo reflejos
• Precisión en distancias cortas
• Capacidad para reconocer objetos estáticos, no solo en movimiento

El radar detecta bien la velocidad y el movimiento, la cámara el color y las texturas, mientras que LiDAR proporciona estructura y distancia. Por ello, en los sistemas de conducción autónoma modernos, los tres sensores suelen combinarse para complementarse mutuamente.

Limitaciones de LiDAR: debilidades y condiciones de funcionamiento

Pese a su alta precisión, LiDAR tiene ciertas limitaciones relacionadas con la física del láser y la reflexión de la luz. Su principal debilidad es trabajar con superficies transparentes o muy reflectantes: el vidrio, los espejos y los acabados brillantes pueden dejar pasar o dispersar el haz láser, generando datos erróneos o incluso haciendo "invisible" el objeto al sensor.

LiDAR también es sensible a las interferencias atmosféricas. Bajo lluvia, niebla o nieve, parte de los impulsos láser se dispersan en gotas de agua o partículas de aire, reduciendo el alcance y aumentando el ruido en los datos. En smartphones esto es menos perceptible, pero en sistemas automotrices afecta a la estabilidad de las mediciones.

Otra limitación es el consumo de energía y el coste. Los LiDAR automotrices potentes son costosos y requieren electrónica avanzada. En smartphones, el LiDAR funciona con baja potencia y alcance limitado, por lo que no es apto para cartografía de largo alcance o navegación a alta velocidad.

Así, LiDAR no es una herramienta universal y da mejores resultados en condiciones donde no hay una dispersión lumínica intensa y los objetos tienen superficies reflectantes claras.

Conclusión

LiDAR se ha convertido en una tecnología clave para la comprensión precisa del espacio, desde smartphones hasta automóviles autónomos. Utiliza impulsos láser y la medición de su tiempo de retorno para construir mapas de profundidad detallados, independientes de la iluminación y el contraste de la escena. Gracias a ello, los smartphones pueden trabajar con realidad aumentada de forma más precisa, enfocar rápidamente en la oscuridad y escanear interiores; los automóviles, por su parte, reconocen objetos y se orientan en la vía de forma más segura.

La tecnología supera a las cámaras en la precisión de distancia y el funcionamiento nocturno, y al radar en la resolución y el reconocimiento de formas. Sin embargo, LiDAR sigue limitado en alcance, en su capacidad para funcionar con vidrio o niebla y por el coste del equipo.

Comprender cómo funciona LiDAR ayuda a valorar mejor su papel en los dispositivos actuales: no sustituye a las cámaras y radares, sino que los complementa, ofreciendo una visión del mundo más precisa y fiable. En el futuro, LiDAR será aún más compacto y preciso, ampliando las posibilidades de la AR, la robótica y el transporte autónomo.