第4章 激光雷达的原理及其应用

➢ 在2018年的 CES （国际消费类电子产品展览会）上 ，Velodyne 对外展
示了两款产品：128
线激光雷达
VLS-128和固态激光
雷达
Velarray。
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1、激光雷达在无人驾驶中的作用
环境地图构建
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激光雷达的概念
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2.1、激光雷达的概念
激光雷达实际上是一种工作在光学波段（特殊波段）的雷达；它是以激 光 作为载波，以光电探测器为接收器件，以光学望远镜为天线。
LIDAR，(Light Detention and Ranging) LADAR, (Laser Detection and Ranging)
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激光雷达在无人驾驶中的作用
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1、激光雷达在无人驾驶中的作用
激光雷达是无人驾驶车辆的“标配”
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1、激光雷达在无人驾驶中的作用
障碍与行人检测
图片来源于IBEO官网视频
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1、激光雷达在无人驾驶中的作用
车距精准控制
图片来源于IBEO官网视频
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5.7、无人车载激光雷达遇到的挑战
恶劣环境适应性
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5.7、无人车载激光雷达遇到的挑战
恶劣环境适应性
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5.7、无人车载激光雷达遇到的挑战
计算量大
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车载激光雷达的发展趋势
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6.1、激光雷达的成本将进一步降低
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6.2、激光雷达向多线束以及固态激光雷达发展
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2.4、无人车挑战赛与激光雷达
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2.5、激光雷达的优势与不足
优势
分辨率高 方向性好 获取的信息量丰富 可全天时工作
不足
容易受到大气条件以及工作环境的烟尘的影响
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激光雷达的基本组成及分类
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3.1、激光雷达的基本组成
激光雷达系统主要包括：激光发射器、扫描与光学部件和感光部件。
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5.1、无人车载激光雷达主要指标
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5.2、机械激光雷达与固态激光雷达
• 机械激光雷达
• 固态激光雷达
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5.3、单线激光雷达
单线激光雷达
扫描一次只产生一条扫描线， 其所获得的数据为 2D数据； 扫描速度高、角度分辨率高； 体积、重量和功耗低； 可靠性更高； 成本低。
“激光雷达”是激光技术与雷达技术相结合的产物，最早应用于航天领域。 随着需求的牵引和技术的进步，以后陆续提出并实现：激光多普勒雷达、激
光 测风雷达、激光成像 冲激 光雷达、激光合成孔径雷达、激光相控阵雷达等。 激光雷达已经广泛应用到诸多领域，如交通、测绘、安防、航天等。
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5.5、无人车中常用的激光雷达
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5.6、激光雷达的在无人车中的应用举例
障碍物的检测、分类与跟踪
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5.6、激光雷达的在无人车中的应用举例
车道线检测和路沿检测
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5.6、激光雷达的在无人车中的应用举例
生成高精度地图
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5.7、无人车载激光雷达遇到的挑战
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2.2、点云的概念
点云：激光雷达在单位采样时间内获得的位置点信息。
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2.2、点云的概念
点云：激光雷达在单位采样时间内获得的位置点信息。
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2.3、激光雷达的发展历程
传统的“雷达” (RADAR，Radio Detection And Ranging)是以微波和毫米波 作 为载波的雷达。
成本高
对于无人车用激光雷达来说，高昂的设备成本是最大的问题。价 格过高的激光雷达，将会不被无人驾驶车辆产业所接受。
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5.7、无人车载激光雷达遇到的挑战
安全性
激光雷达发出去的激光本身是没有编码的，接收器自己本身是 没办法识别到底这束光线是它隔壁发射器发射出去的还是干扰信号。 如果有人恶意模拟车辆、行人的信号，反馈给激光雷达造成周围存 在障碍物假象的攻击手法，最终会导致汽车被强制减速或者刹车。
3.2、激光雷达的分类（从应用上分类）
激光测距仪 激光三维成像雷达 激光测速雷达 激光大气探测雷达 ……
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激光雷达的测距原理
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4、激光雷达的测距原理
根据激光遇到障碍物后的折返时间，计算目标与自己的相对距离。
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4、激光雷达测距的基本原理
激光脉冲测距：通过测量激光脉冲在雷达和目标之间来回飞行时间获取目标距离的信息 。
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4、激光雷达的测距原理
激光相位测距 ：通过测量被强度调制的连续波激光信号在雷达与目标之间来回飞行 产生的相位差获得距离信息。
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激光雷达在无人车中的应用
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5.1、无人车载激光雷达主要指标
测量距离 测量精度 分辨率
• 垂直分辨率 • 水平分辨率 测量速率
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3.1、激光雷达的基本组成
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3.2、激光雷达的分类（从探测机理上分类）
从探测机理划分，主要有直接探测激光雷达和相干探测激光雷达。 自动驾驶车辆、机器人、测绘用到的激光雷达，基本上属于这种直接探测激
光 雷达。 测风、测速之类的雷达，一般会采用相干探测激光雷达。
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传感器原理及其在无人驾驶车辆中 的应用
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第4讲：激光雷达的原理及应用
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• 1 激光雷达在无人驾驶中的作用 • 2 激光雷达的概念 • 3 激光雷达的组成及分类 • 4 激光雷达的测距原理 • 5 激光雷达在无人车中的应用 • 6 车载激光雷达的发展趋势 • 7 实例分析与演示
单线束 （UTM-30LX）
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5.3、单线激光雷达
单线激光雷达
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5.4、多线激光雷达
多线激光雷达 • 扫描一次可产生多条扫描线 • 4线束、8线束、16线束、32线束、 64线束
多线束 (Velodyne)
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5.4、多线激光雷达
多线激光雷达目前以美国Velodyne公司的HDL-64ES2激光雷达为典型 代表， 它发出多达64个激光束， 全部安装在旋转电机上， 其水平探测 范围360°垂直方向探测范围26.8°。