福祉科普环境感知的新宠儿——激光雷达（Lidar）

2020-05-20 22:13:49 阅读：8463 分享 3参与

原标题：福祉科普|环境感知的新宠儿——激光雷达（Lidar）

在生活中，人们无时无刻不在感知着这样一个世界。视觉、听觉、触觉等等，人的身上集成着众多传感器，并通过精密的大脑计算让我们也可以时刻的感知周遭的环境并做出合理的判断。但是对于汽车、机器人等机械设备，它们又是如何感知附近的环境呢？这之中不可欠缺的就是各式各样的传感器，而伴随着无人驾驶的发展，激光雷达逐渐走入了人们的视野当中。

激光雷达其实并不是什么新鲜事物，早在20世纪90年代，激光雷达就慢慢的开始商业化，当时有10多家厂商生产空载激光扫描仪，可选择的型号超过30种。但激光雷达却是在近几年才异军突起，成为传感器中的新宠儿。这之中不排除核心技术突破的因素，但同时也是因为无人驾驶逐渐从一个概念变成了实践，而在其中扮演关键角色的激光雷达，也慢慢变得被大众所关注。必须得说，一项科技的发展极大的说到了产业的影响。

1. 激光雷达的原理

激光雷达是一种采用非接触激光测距技术的扫描传感器，通过向周围发射激光，并接受反射回来的光束来形成点云以及距离数据，这些数据经过处理之后可以生成高精度的三维立体图像，其测距的精度能够达到厘米级，相比于GPS的精度得到了极大的提高。因此，这项技术成为了无人驾驶、高精地图绘制、定位导航最为核心的传感器设备。

图: 激光雷达(图片来自：[1]）

根据不同的结果原理，可以把激光雷达分成两类：

旋转式激光雷达：

机械旋转式的激光雷达是发展比较早的激光雷达，目前技术比较成熟。它通过多束激光竖直排列，并绕轴进行360度旋转，从而感知周围的环境。这类激光雷达按照线数的不同分为16线、32线、64线等，线数越高，则获取到的点越多，点云的分辨率越高，但相应的成本也更贵。而且由于使用的机械结构，生产周期漫长，装配复杂，在行车环境下可靠性不高，难以符合车规的严格要求。

图: 旋转式激光雷达原理图（图片来自：[2]）

固态激光雷达：

固态激光雷达摒弃了原有的机械旋转结构，使用了相控阵原理。通过改变每个阵元点产生光束的相位与幅度，从而改变在指定方向上的光照强度，模拟光束改变的效果。这种激光雷达由于不需要旋转组件，在某些特定的程度的降低了硬件成本和机械损耗，同时具有数据速度采集快，分辨率高的特点。因此这类激光雷达更被大家所看好，但是目前的技术还不够完善。

图: 固态激光雷达原理图（图片来自：[2]）

2. 激光雷达的应用

激光雷达凭借着它高精度的感知能力，目前已经被应用在各个领域当中。其中最被人熟知的就是无人驾驶领域，其次还有VR/AR以及3D打印等其他众多领域。

无人驾驶：

目前的无人驾驶，都需要借助高精度地图来帮助汽车实现定位、导航等操作，这类地图需要精细到每一条的车道线，因此对于精度有着很高的要求，而激光雷达就在其中扮演着至关重要的角色。通过让搭载激光雷达的汽车行驶在城市当中，来获取环境周围的信息并构建三维的点云图像，从而进行拼接得到最终的高精地图。

图: 高精地图（图片来自：[3]）

同时在汽车的行驶过程中，通过激光雷达来实时的扫描周边的环境，可以对物体进行识别，如附近的人、动物已经车辆等。从而能够让汽车进行有效的避障。

图: 物体检测（图片来自：[4]）

VR/AR

在VR/AR领域，离我们生活最近的可以说是苹果今年刚发布的ipad pro 2020，它在摄像头的模组中就添加了一颗激光雷达。它利用直接飞行时间（dToF），测量室内或室外环境中最远五米处反射回来的光，并以纳秒速度进行计算，从而让增强实现拥有了更多的可能。

图: ipad pro中的激光雷达（图片来自：[5]）

激光雷达的应用正在逐渐多样化，人们也慢慢变得能感觉到其高精度的传感能力所所带来的提升。虽然目前好的激光雷达还十分昂贵，但相信产业化的需求逐渐增多，核心技术的逐步攻破，激光雷达终将被应用到我们的生活当中，为我们的智能生活做出贡献。