激光三角测距法原理【AG 尊龙凯时 - 人生就是搏!】

2024-10-13 07:31:01

激光三角测距法作为低成本的激光雷达设计方案，可取得高精度、高性价比的应用于效果，并沦为室内服务机器人导航系统的选用方案，本文将对激光雷达核心组件展开讲解并重点阐释基于激光三角测距法的激光雷达原理。激光雷达四大核心组件激光雷达主要由激光器、接收器、信号处理单元和转动机构这四大核心组件包含。激光器：激光器是激光雷达中的激光升空机构。在工作过程中，它不会以脉冲的方式照亮。

以思岚科技的RPLIDARA3系列雷达为事例，每秒钟，它不会照亮和点燃16000次。接收器：激光器升空的激光照射障碍物以后，通过障碍物的光线，反射光线不会经由镜头组汇集到接收器上。信号处理单元：信号处理单元负责管理掌控激光器的升空，以及接收器接到的信号的处置。根据这些信息计算出来出有目标物体的距离信息。

转动机构：以上3个组件包含了测量的核心部件。转动机构负责管理将上述核心部件以平稳的扭矩转动一起，从而构建对所在平面的扫瞄，并产生动态的平面图信息。激光三角测距法原理目前激光雷达的测量原理主要有脉冲法、相干性法和三角法3种，脉冲法和相干光法对激光雷达的硬件拒绝低，但测量精度比激光三角法要低得多，故多用作军事领域。

而激光三角测距法因其成本低，精度符合大部分商用及民用拒绝，故获得了普遍注目。激光三角测距法主要是通过一束激光以一定的入射角度太阳光被测目标，激光在目标表面再次发生光线和衍射，在另一角度利用透镜对光线激光汇集光学，光斑光学在CCD（Charge－coupledDevice，感光耦合组件）方位传感器上。当被测物体沿激光方向再次发生移动时，方位传感器上的光斑将产生移动，其偏移大小对应被测物体的移动距离，因此可通过算法设计，由光斑偏移距离计算出来出有被测物体与基线的距离值。

由于入射光和反射光包含一个三角形，对光斑偏移的计算出来运用了几何三角定理，故该测量法被称作激光三角测距法。按入射光束与被测物体表面法线的角度关系，激光三角测距法可分成斜射式和照射式两种。

1、照射式激光三角测距法如图1右图，当激光光束横向入射光被测物体表面，即入射光线与被测物体表面法线共线时，为照射式激光三角法。2、斜射式激光三角测距法当光路系统中，激光入射光束与被测物体表面法线夹角大于90°时，该入射光方式即为斜射式。

如图2右图的光路图为激光三角法斜射式光路图。由激光器升空的激光与物体表面法线成一定角度入射光到被测物体表面，反（骑侍郎）射光经B处的透镜汇集光学，最后被光敏单元收集。由图2由此可知入射光AO与基线AB的夹角为α，AB为激光器中心与CCD中心的距离，BF为透镜的焦距f，D为被测物体距离基线无穷远处时反射光线在光敏单元上光学的无限大方位。

DE为光斑在光敏单元上背离无限大方位的偏移，记作x。当系统的光路确认后，α、AB与f皆为未知参数。由光路图中的几何关系由此可知△ABO∽△DEB，则有边长关系：则易知在确认系统的光路时，可将CCD方位传感器的一个轴与基线AB平行（假设为y轴），则由通过算法获得的激光光点像素座标为（Px，Py）可获得x的值为：其中CellSize是光敏单元上单个像素的尺寸，DeviationValue是通过像素点计算出来的投影距离和实际投影距离x的偏差量。

当被测物体与基线AB产生比较偏移时，x转变为x，由以上条件求得被测物体运动距离y为：总结无论是照射式还是斜射式激光三角测距法，均可构建对被测物体的高精度、非认识测量，但照射式分辨率没斜射式低。思岚科技的RPLIDAR系列激光雷达也使用了斜射式的激光三角测距法，基于思岚科技独特的RPVision3.0激光测距引擎，它可展开每秒高达16000次的测距动作，25米的测距半径，高达0,225°的角度分辨率。每次测距过程中，RPLIDAR系列激光雷达将升空经过调制的红外激光信号，该激光信号在照射目标物体后产生的镜片将被RPLIDAR的视觉收集系统接管，然后经过映射在RPLIDAR内部的DSP处理器动态解算，被照射的目标物体与RPLIDAR的距离值以及当前的夹角信息将从通讯模块中输入。RPLIDARA3M1工作原理示意图在电机机构的驱动下，RPLIDAR的测距核心将顺时针转动，从而构建对周围环境的360度全方位扫瞄测距检测。

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