激光雷达工作原理剖析

在機(jī)器人自主定位導(dǎo)航中，目前SLAM（同步定位與地圖構(gòu)建）算法中最為理想的設(shè)備仍是激光雷達(dá)，機(jī)器人通過(guò)掃描周圍環(huán)境的2D/3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而確定自身所在位置及構(gòu)建環(huán)境地圖。激光雷達(dá)的非接觸式測(cè)量特點(diǎn)，具有測(cè)量速度快、精度高、識(shí)別準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，成為移動(dòng)機(jī)器人定位導(dǎo)航的核心傳感器。

在激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域中，目前主要通過(guò)三角測(cè)距法與TOF方法來(lái)進(jìn)行測(cè)距，其中三角法測(cè)距激光雷達(dá)主要是通過(guò)攝像頭的光斑成像位置來(lái)解三角形的。

思嵐RPLIDAR A3三角測(cè)距激光雷達(dá)工作原理圖

作為業(yè)內(nèi)最具代表性的激光三角測(cè)距雷達(dá)RPLIDAR A3，其配合了思嵐科技研發(fā)的高速視覺(jué)采集處理機(jī)構(gòu)，能進(jìn)行每秒高達(dá)16000次的測(cè)距動(dòng)作，在每次的測(cè)距過(guò)程中，RPLIDAR A3將發(fā)射經(jīng)過(guò)調(diào)制的紅外激光信號(hào)，該激光信號(hào)在照射到目標(biāo)物體后產(chǎn)生反光將被RPLIDAR A3的視覺(jué)采集系統(tǒng)接收，然后經(jīng)過(guò)嵌入在RPLIDAR A3內(nèi)部的DSP處理器實(shí)時(shí)解算，被照射到的目標(biāo)物體與 RPLIDAR A3的距離值以及當(dāng)前的夾角信息將從通訊接口中輸出。在電機(jī)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，RPLIDAR A3的測(cè)距核心將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的 360 度全方位掃描測(cè)距檢測(cè)。

而TOF激光雷達(dá)要是基于測(cè)量光的飛行時(shí)間來(lái)獲取目標(biāo)物的距離。其工作原理主要表現(xiàn)為：通過(guò)激光發(fā)射器發(fā)出一束調(diào)制激光信號(hào)，該調(diào)制光經(jīng)被測(cè)物體反射后由激光探測(cè)器接收，通過(guò)測(cè)量發(fā)射激光和接收激光的相位差即可計(jì)算出目標(biāo)的距離。

TOF激光雷達(dá)工作原理圖

基于TOF原理的RPLIDAR S1，是目前業(yè)內(nèi)最小的TOF雷達(dá)，機(jī)械尺寸僅為55.5mmX55.5mmX51mm。在遠(yuǎn)距離物體條件下，其測(cè)量精度依舊精準(zhǔn)、穩(wěn)定。除了測(cè)距精準(zhǔn)、穩(wěn)定外，RPLIDAR S1測(cè)量半徑可達(dá)到40m，甚至在有些條件下可實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的測(cè)量，滿足更多更大場(chǎng)景的應(yīng)用。

同時(shí)，TOF雷達(dá)因其超短時(shí)光脈沖的特性，在抗光干擾能力上也毫不遜色，即使在室外60Klx的強(qiáng)光下也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定測(cè)距及高精度建圖。

總體來(lái)說(shuō)，三角測(cè)距激光雷達(dá)與TOF激光雷達(dá)在實(shí)現(xiàn)上都有各自的難度，從原理上來(lái)說(shuō)，TOF雷達(dá)的測(cè)距距離更遠(yuǎn)，在一些要求距離的場(chǎng)合，如無(wú)人駕駛領(lǐng)域，基本以TOF雷達(dá)居多，而三角測(cè)距激光雷達(dá)制造成本相對(duì)較低，且精度又可滿足大多工業(yè)級(jí)民用要求，因此也備受業(yè)內(nèi)關(guān)注。