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激光雷达工作原理剖析

 

在机器人自主定位导航中,目前SLAM(同步定位与地图构建)算法中最为理想的设备仍是激光雷达,机器人通过扫描周围环境的2D/3D点云数据,从而确定自身所在位置及构建环境地图。激光雷达的非接触式测量特点,具有测量速度快、精度高、识别准确等优点,成为移动机器人定位导航的核心传感器。

在激光雷达技术领域中,目前主要通过三角测距法与TOF方法来进行测距,其中三角法测距激光雷达主要是通过摄像头的光斑成像位置来解三角形的。

 思岚科技激光雷达工作原理图

思岚RPLIDAR A3三角测距激光雷达工作原理图

作为业内最具代表性的激光三角测距雷达RPLIDAR A3,其配合了思岚科技研发的高速视觉采集处理机构,能进行每秒高达16000次的测距动作,在每次的测距过程中,RPLIDAR A3将发射经过调制的红外激光信号,该激光信号在照射到目标物体后产生反光将被RPLIDAR A3的视觉采集系统接收,然后经过嵌入在RPLIDAR A3内部的DSP处理器实时解算,被照射到的目标物体与 RPLIDAR A3的距离值以及当前的夹角信息将从通讯接口中输出。在电机机构的驱动下,RPLIDAR A3的测距核心将顺时针旋转,从而实现对周围环境的 360 度全方位扫描测距检测。

而TOF激光雷达要是基于测量光的飞行时间来获取目标物的距离。其工作原理主要表现为:通过激光发射器发出一束调制激光信号,该调制光经被测物体反射后由激光探测器接收,通过测量发射激光和接收激光的相位差即可计算出目标的距离。TOF激光雷达工作原理图

TOF激光雷达工作原理图

基于TOF原理的RPLIDAR S1,是目前业内最小的TOF雷达,机械尺寸仅为55.5mmX55.5mmX51mm。在远距离物体条件下,其测量精度依旧精准、稳定。除了测距精准、稳定外,RPLIDAR S1测量半径可达到40m,甚至在有些条件下可实现更远距离的测量,满足更多更大场景的应用。

同时,TOF雷达因其超短时光脉冲的特性,在抗光干扰能力上也毫不逊色,即使在室外60Klx的强光下也能实现稳定测距及高精度建图。

总体来说,三角测距激光雷达与TOF激光雷达在实现上都有各自的难度,从原理上来说,TOF雷达的测距距离更远,在一些要求距离的场合,如无人驾驶领域,基本以TOF雷达居多,而三角测距激光雷达制造成本相对较低,且精度又可满足大多工业级民用要求,因此也备受业内关注。

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