如今，激光雷達(dá)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、無人駕駛、AR/VR、3D 打印等多個(gè)領(lǐng)域，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，激光雷達(dá)的類型也存在一定差異，機(jī)器人是目前激光雷達(dá)應(yīng)用最為火熱的領(lǐng)域之一，按照不同的技術(shù)路線，可將機(jī)器人激光雷達(dá)分為 TOF 激光雷達(dá)及三角測(cè)距激光雷達(dá)兩大類型。

 

TOF 激光雷達(dá)

TOF 激光雷達(dá)是一種進(jìn)行光飛行的時(shí)間的測(cè)量方法，顧名思義就是發(fā)射出一道激光，然后會(huì)有一種二極管來進(jìn)行激光的回波檢測(cè)，再使用一個(gè)很高精度的計(jì)時(shí)器去測(cè)量光波發(fā)射到目標(biāo)物引起反饋再回來的時(shí)間差，而光速具有不變性，再將時(shí)間差乘以光速便可得到目標(biāo)物體的距離。

 

對(duì)于 TOF 的測(cè)距原理，如果再加以細(xì)分，還可再分為脈沖式及相位式兩種。

 

脈沖式比較簡單直接，就是發(fā)出一道激光的脈沖，然后再檢測(cè)激光的相關(guān)信息。這個(gè)是目前 TOF 激光雷達(dá)采用的主流方式。

 

相位式則是連續(xù)的發(fā)射激光。但是接收到的回波信號(hào)會(huì)由于光速傳播的特性，相位上會(huì)有差距。當(dāng)檢查相位時(shí)就可以轉(zhuǎn)過來處理這個(gè)距離。這種方式的優(yōu)勢(shì)在于成本相對(duì)更低，但其主要問題是測(cè)量的速度沒法提高。

 

 

 

現(xiàn)下較熱的 RPLIDAR S1 激光雷達(dá)便采用了脈沖式 TOF 測(cè)距原理，其配合思嵐科技研發(fā)的高速激光采集處理機(jī)構(gòu)，能進(jìn)行每秒 9200 次的測(cè)距動(dòng)作，在測(cè)距過程中，RPLIDAR S1 將發(fā)射經(jīng)過調(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)生的反光將被 RPLIDAR S1 的激光采集系統(tǒng)接收，然后經(jīng)過嵌入在 RPLIDAR S1 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 S1 的距離值以及當(dāng)前的角度信息將從通訊接口中輸出。

 

 

 

基于 TOF 原理的 RPLIDAR S1 激光雷達(dá)，目前可實(shí)現(xiàn) 40 米的測(cè)距距離，同時(shí)也是業(yè)內(nèi)體積最小的激光雷達(dá)之一，即使在遠(yuǎn)距離物體條件下，這款 TOF 激光雷達(dá)也能保證測(cè)量的精度不發(fā)生改變，同時(shí)在室外及更大場(chǎng)景中，其性能依舊穩(wěn)定。

 

三角測(cè)距激光雷達(dá)

三角測(cè)距激光雷達(dá)是一種基于圖像處理的方法，就像我們給人拍照，人距離相機(jī)的遠(yuǎn)近會(huì)決定 TA 在成像里的大小，這就是三角測(cè)距的一種原理應(yīng)用。像 connect 體感攝像頭，Intel 研發(fā)的 RealSense 都會(huì)使用到三角測(cè)距法，三角測(cè)距法采用了一種特制的攝像頭，能拍攝出激光的光斑的特性，從而能反推出距離。

 

相比 TOF 激光雷達(dá)，三角測(cè)距激光雷達(dá)的成本會(huì)有很大降低，本質(zhì)上來說就是一個(gè)攝像頭加一個(gè)處理芯片。當(dāng)然三角測(cè)距激光雷達(dá)也有一些缺點(diǎn)，它會(huì)有分辨率的限制，如分辨率不高，物體又較遠(yuǎn)，可能會(huì)出現(xiàn)看不清的情況，同理，三角測(cè)距法對(duì)于遠(yuǎn)距離的物體來說，便會(huì)看的不是很清楚，所以對(duì)算法具有很高挑戰(zhàn)。如果算法不夠優(yōu)秀，即使測(cè)量四五米開外的物體就會(huì)出現(xiàn)問題。

 

 

上表是詳細(xì)對(duì)比，實(shí)際上來說，TOF（Time of Flight）方法在性能上比較占優(yōu)，但成本相對(duì)更高。而三角測(cè)距法則相反，在成本上，它是一種非常占優(yōu)的方案。但是其缺點(diǎn)在于如果軟件的復(fù)雜度不夠高，在進(jìn)行遠(yuǎn)距離的測(cè)量的時(shí)候，性能就會(huì)下降得特別快。

 

下圖可作為具體解釋：

 

 

 

我們看到，在這個(gè)畫面中，右邊這張圖顯示的就是，算法寫的不好或者是說比較傳統(tǒng)的激光雷達(dá)，它在測(cè)量遠(yuǎn)距離的物體時(shí)，明明應(yīng)該是一個(gè)筆直的墻體，但是它掃描出來的效果就會(huì)有很多類似鋸齒狀的馬賽克的感覺，給后期的算法處理上帶來了很多障礙。

 

而左圖是思嵐科技使用的算法。該算法能使激光在遠(yuǎn)距離情況下依舊做的非常遠(yuǎn)，實(shí)際上三角測(cè)距的激光雷達(dá)存在的一個(gè)主要的制約技術(shù)門檻，就在于算法的優(yōu)秀性。經(jīng)過長時(shí)間的迭代優(yōu)化，目前思嵐科技的 RPLIDAR A3 三角測(cè)距激光雷達(dá)已能達(dá)到 25 米的測(cè)距范圍，突破了曾經(jīng)業(yè)內(nèi)曾認(rèn)為三角測(cè)距雷達(dá)因?yàn)樽陨碓黼y以突破 20 米以上的實(shí)用化測(cè)距。另外，在實(shí)現(xiàn)了 25 米范圍的實(shí)用化測(cè)距的同時(shí)，還能做到每秒高達(dá) 16，000 的采樣頻率，及 0．33°（15hz 情況）的角度分辨率。