國內車企普遍采用雷達" target="_blank">激光雷達技術，因其高精度、高分辨率的特性，能在不同光照條件下穩(wěn)定工作，探測距離遠且可靠性強。結合當前的AI技術，激光雷達已成為智能駕駛汽車不可或缺的基礎設施。接下來，我們將深入探討激光雷達如何感知周圍世界。激光雷達，即LiDAR(Light Detection and Ranging)，其工作原理類似于我們熟悉的手電筒。通過發(fā)射激光光束并測量其與物體相交時的反射情況，激光雷達能夠精確地確定物體的位置、距離和形狀。

激光雷達的工作流程詳解

首先，激光器作為信號源，會發(fā)射出脈沖激光，這些激光束會撞擊到地面、樹木、車輛等各種被測物體的表面。隨后，這些激光會發(fā)生散射，其中一部分反射光會回到激光雷達的接收器中。通過激光測距的原理，我們可以計算出激光雷達與目標點之間的距離。

不僅如此，激光雷達還能通過水平旋轉的方式，獲取到車輛周圍所有目標物的激光點數據。經過成像處理后，這些數據能夠形成一個精確的三維立體點云，從而為我們描繪出周圍環(huán)境的詳細輪廓。

此外，激光雷達的「128線」參數，代表了其水平分辨率，即激光器在水平方向上發(fā)射和接收激光束的數量或密度。線數越高，意味著激光雷達的水平分辨率也越高，能夠提供更為細致的環(huán)境感知能力。

而「點云」數據，則是激光雷達獲取的核心信息，它是由一系列三維空間中的點組成，每個點都代表了一個物體表面或障礙物被激光掃描到的位置。這些點云數據可以被廣泛應用于構建環(huán)境地圖、檢測障礙物、定位車輛或機器人等場景中。

激光雷達通過其獨特的工作流程，為智能駕駛提供了「看見」世界的能力。當激光雷達發(fā)射的激光束撞擊到物體表面后，通過接收反射光并運用激光測距原理，它能夠精確計算出與目標點的距離。進一步地，激光雷達的水平旋轉功能使其能夠獲取到車輛周圍所有目標物的激光點數據，經過成像處理后，這些數據將形成一個詳盡的三維立體點云，從而為智能駕駛系統描繪出周圍環(huán)境的精確輪廓。

近年來，隨著中國新車企的迅猛發(fā)展，行業(yè)內對激光雷達算法工程師的需求日益旺盛。然而，市面上缺乏系統介紹車載激光雷達相關應用的圖書。

激光雷達，這一智能駕駛的“眼睛”，通過發(fā)射激光束并接收反射光，能夠精確測量與目標點的距離。而算法，作為激光雷達的“大腦”，則負責對這些數據進行智能化處理，幫助機器感知和理解周圍環(huán)境。本書將深入剖析激光雷達技術的三項核心算法，包括標定算法、濾波算法和特征提取與匹配算法。其中，標定算法是確保激光雷達數據準確性的關鍵一環(huán)，它涉及到激光雷達與車體外參的標定、內參的標定以及與其他傳感器數據的同步等復雜問題。通過詳細解讀這些算法的工作原理和應用場景，我們將能夠更深入地了解激光雷達如何為智能駕駛提供強有力的支持。

激光雷達是一種以發(fā)射激光束來探測目標位置、速度等特征量的雷達系統。這個系統也可以通過掃描發(fā)射和接收裝置來獲取目標物體的三維形狀，在不同角度發(fā)射和接收激光脈沖，可以構建出物體的完整三維輪廓。

激光雷達的工作原理基于光的發(fā)射、傳播和接收，最終通過測量光脈沖從發(fā)射到接收的時間來確定距離，下圖是激光雷達測量距離的基本步驟。

發(fā)射激光脈沖：激光雷達設備發(fā)射一束激光脈沖，這些脈沖通常是紅外或近紅外光。

光的傳播：激光脈沖以光速傳播，向目標物體移動。

光的反射：當激光脈沖遇到目標物體時，部分光會被反射回來。

接收反射光：激光雷達設備中的接收器捕捉反射回來的激光。接收器通常與發(fā)射器緊密對齊，以確保接收到的光是直接從目標物體反射回來的。

時間測量：設備內部的計時器記錄激光脈沖發(fā)射和接收的時間間隔。由于光速是已知的，這個時間間隔可以用來計算光脈沖往返目標物體的距離。

計算距離：距離的計算公式是，距離=光速×時間/2，其中時間是光脈沖往返的時間。

數據處理：測量到的距離數據可以用于生成點云，這激光雷達在短時間內可以獲取大量的位置點信息(或者稱為激光點云)，這些點云可以進一步處理，生成三維模型或地形圖。

LiDAR，即激光雷達，是一種基于雷達原理的主動遙感技術。它以激光脈沖為輻射源，替代了傳統的無線電波。在這一技術中，激光源會發(fā)射指向特定目標(如地形地貌)的脈沖，當這些脈沖遇到地形時，部分激光能量會被反射回傳感器。通過精確測量激光脈沖的往返時間，LiDAR系統能夠準確計算出傳感器與測繪地形之間的距離。當與全球定位系統(GPS)和慣性測量單元(IMU)結合使用時，LiDAR能夠進一步生成包含大量三維(3D)地理參考點云的數據集，這些點云提供了空間中的詳細數據。相較于傳統的攝影測量方法，LiDAR對天氣、季節(jié)和時間的變化不甚敏感，且能穿透植被，從而更快地生成高分辨率的3D地形信息。

LiDAR已成為地形、淺水區(qū)域和工程現場數據采集的重要工具。飛機搭載的LiDAR系統能大面積快速收集數據，而地基固定平臺和移動平臺也常用于街道測繪和自動駕駛應用的數據采集。這些技術助力了鐵路、公路、橋梁、建筑物等基礎設施的精確開發(fā)，因此在測量和工程領域受到廣泛青睞。接下來，我們將深入探討LiDAR系統的機載應用及其工作原理。

機載LiDAR數據采集的基本原理是利用激光脈沖的往返時間進行測量。通常，商用機載傳感器都是基于這種原理工作的。這些傳感器常被安裝在固定翼飛機或直升機上，以獲取大區(qū)域或小區(qū)域的高分辨率數據。當激光脈沖穿過大氣層并照射到地面上的物體時，部分激光能量會被反射回傳感器。通過精確測量激光脈沖的往返時間，可以計算出傳感器與目標之間的距離。此外，LiDAR技術還具有高精度、大點密度和廣泛覆蓋范圍等優(yōu)點，使得終端用戶能夠快速有效地重新采樣感興趣的區(qū)域。

在LiDAR系統中，激光器是核心部件，其性能對整個系統至關重要。激光器的規(guī)格不僅決定了系統成本，還影響了其性能和應用范圍。因此，在選擇激光器時，需要綜合考慮多個因素，包括激光波長、輸出功率、光束質量等。此外，不同波長的激光在穿透力、目標反射率和大氣傳輸等方面也有所差異，需要根據具體應用場景進行選擇。

在機載地形測繪領域，1064 nm波長備受青睞。這一波長得益于豐富的商用激光源和光探測器資源。硅基探測器的使用更為廣泛，因其增益高且成本低廉，與GaAs基光電探測器相比更具優(yōu)勢。此外，1064 nm波長對植被和雪等常見測繪目標具有高反射率，提升了測繪精度。然而，它也存在一定的安全隱患，對人眼可能造成潛在危害。因此，在實際應用中需要采取相應的激光危害控制措施。另外，降低激光功率或擴束激光束以減小危害，可能會限制激光束的可用輻射范圍。同時，532 nm波長在海洋測深應用中表現尤為出色。由于532 nm波長在純水中的高透過率以及對海底微粒的后向散射限制較小，使得它在海底和海岸區(qū)域的高分辨率測繪中成為理想選擇。

激光雷達的工作流程詳解

首先，激光器作為信號源，會發(fā)射出脈沖激光，這些激光束會撞擊到地面、樹木、車輛等各種被測物體的表面。隨后，這些激光會發(fā)生散射，其中一部分反射光會回到激光雷達的接收器中。通過激光測距的原理，我們可以計算出激光雷達與目標點之間的距離。

不僅如此，激光雷達還能通過水平旋轉的方式，獲取到車輛周圍所有目標物的激光點數據。經過成像處理后，這些數據能夠形成一個精確的三維立體點云，從而為我們描繪出周圍環(huán)境的詳細輪廓。

此外，激光雷達的「128線」參數，代表了其水平分辨率，即激光器在水平方向上發(fā)射和接收激光束的數量或密度。線數越高，意味著激光雷達的水平分辨率也越高，能夠提供更為細致的環(huán)境感知能力。