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激光雷达的三种测距方式及其应用

  • 分类:新闻资讯
  • 作者:海达数云
  • 发布时间:2021-06-20 13:41
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【概要描述】LiDAR传感器基于使用一个或多个激光束来进行距离测量。它们是有源传感器,以设定波长发射脉冲并接收返回信号。从激光脉冲的发射和接收确定距离测量的主要技术有以下三种:三角测量、飞行时间和相位。

激光雷达的三种测距方式及其应用

【概要描述】LiDAR传感器基于使用一个或多个激光束来进行距离测量。它们是有源传感器,以设定波长发射脉冲并接收返回信号。从激光脉冲的发射和接收确定距离测量的主要技术有以下三种:三角测量、飞行时间和相位。

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  LiDAR可通过三种不同的方式确定距离

  LiDAR传感器基于使用一个或多个激光束来进行距离测量。它们是有源传感器,以设定波长发射脉冲并接收返回信号。从激光脉冲的发射和接收确定距离测量的主要技术有以下三种:三角测量、飞行时间和相位。

  三角测量系统

  它们由激光发射器和以恒定角度固定在它们之间的相机组成(图1)。相机和激光发射器之间的距离和方向是已知的。激光在目标物体上发射一个图案,该图案在相机图像上可视化。根据到表面的距离,该点出现在相机视野中的不同位置。通过三角学,然后可以确定激光源和目标物体之间的距离。该技术主要用于短距离运行的便携式(手持)LiDAR系统。

  对于此类系统,测量误差与到被测物体的距离直接相关。因此,它主要用于有限的应用范围,通常小于10 m。需要注意的是,这种技术可以达到十微米范围内的精度。

  图1–激光三角测量设置使用相机和激光位置的固定角度偏移,可以推导出检测表面和相机传感器之间的线性距离。

  飞行时间测量系统

  飞行时间(ToF)测量对应于激光脉冲从发射到检测到目标反射部分的传播时间。知道介质的折射率并使用光速,就可以推导出光的传播距离(图2)。

  限制ToF激光系统性能的是采集速度。这些系统需要先接收返回信号,然后再发射另一个激光脉冲。但是根据需要,可以增加激光发射的速度(点数),但要以距离为代价。它们用于远距离计算,例如太空、空中或汽车LiDAR。

  图2–飞行时间激光测量原理

  相移测量系统

  与ToF系统相比,相移测量系统又称相位式测量系统,需要使用连续激光器。通过对其进行调制(以频率幅度),就可以测量2个光束之间的相位差。光束在LiDAR系统的出口处分开。一个直接前往探测器,第二个前往目标并返回。

  这些测量系统通常比飞行时间测量系统具有更高的数据采集速度、更好的分辨率、更低的噪声和更高的精度。这些系统的限制取决于所使用的调制类型(非周期性或周期性)。该技术可用于中距离系统,例如地面和室内LiDAR扫描仪。

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