國(guó)內(nèi)車企普遍采用雷達(dá)" target="_blank">激光雷達(dá)技術(shù)，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(cè)距離遠(yuǎn)且可靠性強(qiáng)。結(jié)合當(dāng)前的AI技術(shù)，激光雷達(dá)已成為智能駕駛汽車不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。接下來(lái)，我們將深入探討激光雷達(dá)如何感知周圍世界。激光雷達(dá)，即LiDAR(Light Detection and Ranging)，其工作原理類似于我們熟悉的手電筒。通過(guò)發(fā)射激光光束并測(cè)量其與物體相交時(shí)的反射情況，激光雷達(dá)能夠精確地確定物體的位置、距離和形狀。

激光雷達(dá)的工作流程詳解

首先，激光器作為信號(hào)源，會(huì)發(fā)射出脈沖激光，這些激光束會(huì)撞擊到地面、樹(shù)木、車輛等各種被測(cè)物體的表面。隨后，這些激光會(huì)發(fā)生散射，其中一部分反射光會(huì)回到激光雷達(dá)的接收器中。通過(guò)激光測(cè)距的原理，我們可以計(jì)算出激光雷達(dá)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離。

不僅如此，激光雷達(dá)還能通過(guò)水平旋轉(zhuǎn)的方式，獲取到車輛周圍所有目標(biāo)物的激光點(diǎn)數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)成像處理后，這些數(shù)據(jù)能夠形成一個(gè)精確的三維立體點(diǎn)云，從而為我們描繪出周圍環(huán)境的詳細(xì)輪廓。

此外，激光雷達(dá)的「128線」參數(shù)，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(shù)量或密度。線數(shù)越高，意味著激光雷達(dá)的水平分辨率也越高，能夠提供更為細(xì)致的環(huán)境感知能力。

而「點(diǎn)云」數(shù)據(jù)，則是激光雷達(dá)獲取的核心信息，它是由一系列三維空間中的點(diǎn)組成，每個(gè)點(diǎn)都代表了一個(gè)物體表面或障礙物被激光掃描到的位置。這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以被廣泛應(yīng)用于構(gòu)建環(huán)境地圖、檢測(cè)障礙物、定位車輛或機(jī)器人等場(chǎng)景中。

激光雷達(dá)通過(guò)其獨(dú)特的工作流程，為智能駕駛提供了「看見(jiàn)」世界的能力。當(dāng)激光雷達(dá)發(fā)射的激光束撞擊到物體表面后，通過(guò)接收反射光并運(yùn)用激光測(cè)距原理，它能夠精確計(jì)算出與目標(biāo)點(diǎn)的距離。進(jìn)一步地，激光雷達(dá)的水平旋轉(zhuǎn)功能使其能夠獲取到車輛周圍所有目標(biāo)物的激光點(diǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)成像處理后，這些數(shù)據(jù)將形成一個(gè)詳盡的三維立體點(diǎn)云，從而為智能駕駛系統(tǒng)描繪出周圍環(huán)境的精確輪廓。

近年來(lái)，隨著中國(guó)新車企的迅猛發(fā)展，行業(yè)內(nèi)對(duì)激光雷達(dá)算法工程師的需求日益旺盛。然而，市面上缺乏系統(tǒng)介紹車載激光雷達(dá)相關(guān)應(yīng)用的圖書。

激光雷達(dá)，這一智能駕駛的“眼睛”，通過(guò)發(fā)射激光束并接收反射光，能夠精確測(cè)量與目標(biāo)點(diǎn)的距離。而算法，作為激光雷達(dá)的“大腦”，則負(fù)責(zé)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化處理，幫助機(jī)器感知和理解周圍環(huán)境。本書將深入剖析激光雷達(dá)技術(shù)的三項(xiàng)核心算法，包括標(biāo)定算法、濾波算法和特征提取與匹配算法。其中，標(biāo)定算法是確保激光雷達(dá)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵一環(huán)，它涉及到激光雷達(dá)與車體外參的標(biāo)定、內(nèi)參的標(biāo)定以及與其他傳感器數(shù)據(jù)的同步等復(fù)雜問(wèn)題。通過(guò)詳細(xì)解讀這些算法的工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景，我們將能夠更深入地了解激光雷達(dá)如何為智能駕駛提供強(qiáng)有力的支持。

激光雷達(dá)是一種以發(fā)射激光束來(lái)探測(cè)目標(biāo)位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)也可以通過(guò)掃描發(fā)射和接收裝置來(lái)獲取目標(biāo)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(gòu)建出物體的完整三維輪廓。

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

發(fā)射激光脈沖：激光雷達(dá)設(shè)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(biāo)物體移動(dòng)。

光的反射：當(dāng)激光脈沖遇到目標(biāo)物體時(shí)，部分光會(huì)被反射回來(lái)。

接收反射光：激光雷達(dá)設(shè)備中的接收器捕捉反射回來(lái)的激光。接收器通常與發(fā)射器緊密對(duì)齊，以確保接收到的光是直接從目標(biāo)物體反射回來(lái)的。

時(shí)間測(cè)量：設(shè)備內(nèi)部的計(jì)時(shí)器記錄激光脈沖發(fā)射和接收的時(shí)間間隔。由于光速是已知的，這個(gè)時(shí)間間隔可以用來(lái)計(jì)算光脈沖往返目標(biāo)物體的距離。

計(jì)算距離：距離的計(jì)算公式是，距離=光速×?xí)r間/2，其中時(shí)間是光脈沖往返的時(shí)間。

數(shù)據(jù)處理：測(cè)量到的距離數(shù)據(jù)可以用于生成點(diǎn)云，這激光雷達(dá)在短時(shí)間內(nèi)可以獲取大量的位置點(diǎn)信息(或者稱為激光點(diǎn)云)，這些點(diǎn)云可以進(jìn)一步處理，生成三維模型或地形圖。

LiDAR，即激光雷達(dá)，是一種基于雷達(dá)原理的主動(dòng)遙感技術(shù)。它以激光脈沖為輻射源，替代了傳統(tǒng)的無(wú)線電波。在這一技術(shù)中，激光源會(huì)發(fā)射指向特定目標(biāo)(如地形地貌)的脈沖，當(dāng)這些脈沖遇到地形時(shí)，部分激光能量會(huì)被反射回傳感器。通過(guò)精確測(cè)量激光脈沖的往返時(shí)間，LiDAR系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確計(jì)算出傳感器與測(cè)繪地形之間的距離。當(dāng)與全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性測(cè)量單元(IMU)結(jié)合使用時(shí)，LiDAR能夠進(jìn)一步生成包含大量三維(3D)地理參考點(diǎn)云的數(shù)據(jù)集，這些點(diǎn)云提供了空間中的詳細(xì)數(shù)據(jù)。相較于傳統(tǒng)的攝影測(cè)量方法，LiDAR對(duì)天氣、季節(jié)和時(shí)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(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的重要工具。飛機(jī)搭載的LiDAR系統(tǒng)能大面積快速收集數(shù)據(jù)，而地基固定平臺(tái)和移動(dòng)平臺(tái)也常用于街道測(cè)繪和自動(dòng)駕駛應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集。這些技術(shù)助力了鐵路、公路、橋梁、建筑物等基礎(chǔ)設(shè)施的精確開(kāi)發(fā)，因此在測(cè)量和工程領(lǐng)域受到廣泛青睞。接下來(lái)，我們將深入探討LiDAR系統(tǒng)的機(jī)載應(yīng)用及其工作原理。

機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)采集的基本原理是利用激光脈沖的往返時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。通常，商用機(jī)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(jī)或直升機(jī)上，以獲取大區(qū)域或小區(qū)域的高分辨率數(shù)據(jù)。當(dāng)激光脈沖穿過(guò)大氣層并照射到地面上的物體時(shí)，部分激光能量會(huì)被反射回傳感器。通過(guò)精確測(cè)量激光脈沖的往返時(shí)間，可以計(jì)算出傳感器與目標(biāo)之間的距離。此外，LiDAR技術(shù)還具有高精度、大點(diǎn)密度和廣泛覆蓋范圍等優(yōu)點(diǎn)，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(tǒng)中，激光器是核心部件，其性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)至關(guān)重要。激光器的規(guī)格不僅決定了系統(tǒng)成本，還影響了其性能和應(yīng)用范圍。因此，在選擇激光器時(shí)，需要綜合考慮多個(gè)因素，包括激光波長(zhǎng)、輸出功率、光束質(zhì)量等。此外，不同波長(zhǎng)的激光在穿透力、目標(biāo)反射率和大氣傳輸?shù)确矫嬉灿兴町悾枰鶕?jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇。

在機(jī)載地形測(cè)繪領(lǐng)域，1064 nm波長(zhǎng)備受青睞。這一波長(zhǎng)得益于豐富的商用激光源和光探測(cè)器資源。硅基探測(cè)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(cè)器相比更具優(yōu)勢(shì)。此外，1064 nm波長(zhǎng)對(duì)植被和雪等常見(jiàn)測(cè)繪目標(biāo)具有高反射率，提升了測(cè)繪精度。然而，它也存在一定的安全隱患，對(duì)人眼可能造成潛在危害。因此，在實(shí)際應(yīng)用中需要采取相應(yīng)的激光危害控制措施。另外，降低激光功率或擴(kuò)束激光束以減小危害，可能會(huì)限制激光束的可用輻射范圍。同時(shí)，532 nm波長(zhǎng)在海洋測(cè)深應(yīng)用中表現(xiàn)尤為出色。由于532 nm波長(zhǎng)在純水中的高透過(guò)率以及對(duì)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(cè)繪中成為理想選擇。

激光雷達(dá)的工作流程詳解

首先，激光器作為信號(hào)源，會(huì)發(fā)射出脈沖激光，這些激光束會(huì)撞擊到地面、樹(shù)木、車輛等各種被測(cè)物體的表面。隨后，這些激光會(huì)發(fā)生散射，其中一部分反射光會(huì)回到激光雷達(dá)的接收器中。通過(guò)激光測(cè)距的原理，我們可以計(jì)算出激光雷達(dá)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離。

不僅如此，激光雷達(dá)還能通過(guò)水平旋轉(zhuǎn)的方式，獲取到車輛周圍所有目標(biāo)物的激光點(diǎn)數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)成像處理后，這些數(shù)據(jù)能夠形成一個(gè)精確的三維立體點(diǎn)云，從而為我們描繪出周圍環(huán)境的詳細(xì)輪廓。

此外，激光雷達(dá)的「128線」參數(shù)，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(shù)量或密度。線數(shù)越高，意味著激光雷達(dá)的水平分辨率也越高，能夠提供更為細(xì)致的環(huán)境感知能力。