激光雷达工作原理剖析

在機器人自主定位導航中，目前SLAM（同步定位與地圖構建）算法中最為理想的設備仍是激光雷達，機器人通過掃描周圍環(huán)境的2D/3D點云數(shù)據(jù)，從而確定自身所在位置及構建環(huán)境地圖。激光雷達的非接觸式測量特點，具有測量速度快、精度高、識別準確等優(yōu)點，成為移動機器人定位導航的核心傳感器。

在激光雷達技術領域中，目前主要通過三角測距法與TOF方法來進行測距，其中三角法測距激光雷達主要是通過攝像頭的光斑成像位置來解三角形的。

思嵐RPLIDAR A3三角測距激光雷達工作原理圖

作為業(yè)內(nèi)最具代表性的激光三角測距雷達RPLIDAR A3，其配合了思嵐科技研發(fā)的高速視覺采集處理機構，能進行每秒高達16000次的測距動作，在每次的測距過程中，RPLIDAR A3將發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的紅外激光信號，該激光信號在照射到目標物體后產(chǎn)生反光將被RPLIDAR A3的視覺采集系統(tǒng)接收，然后經(jīng)過嵌入在RPLIDAR A3內(nèi)部的DSP處理器實時解算，被照射到的目標物體與 RPLIDAR A3的距離值以及當前的夾角信息將從通訊接口中輸出。在電機機構的驅(qū)動下，RPLIDAR A3的測距核心將順時針旋轉，從而實現(xiàn)對周圍環(huán)境的 360 度全方位掃描測距檢測。

而TOF激光雷達要是基于測量光的飛行時間來獲取目標物的距離。其工作原理主要表現(xiàn)為：通過激光發(fā)射器發(fā)出一束調(diào)制激光信號，該調(diào)制光經(jīng)被測物體反射后由激光探測器接收，通過測量發(fā)射激光和接收激光的相位差即可計算出目標的距離。

TOF激光雷達工作原理圖

基于TOF原理的RPLIDAR S1，是目前業(yè)內(nèi)最小的TOF雷達，機械尺寸僅為55.5mmX55.5mmX51mm。在遠距離物體條件下，其測量精度依舊精準、穩(wěn)定。除了測距精準、穩(wěn)定外，RPLIDAR S1測量半徑可達到40m，甚至在有些條件下可實現(xiàn)更遠距離的測量，滿足更多更大場景的應用。

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

總體來說，三角測距激光雷達與TOF激光雷達在實現(xiàn)上都有各自的難度，從原理上來說，TOF雷達的測距距離更遠，在一些要求距離的場合，如無人駕駛領域，基本以TOF雷達居多，而三角測距激光雷達制造成本相對較低，且精度又可滿足大多工業(yè)級民用要求，因此也備受業(yè)內(nèi)關注。