原標題：福祉科普|環(huán)境感知的新寵兒——激光雷達（Lidar）

在生活中，人們無時無刻不在感知著這樣一個世界。視覺、聽覺、觸覺等等，人的身上集成著眾多傳感器，并通過精密的大腦計算讓我們也可以時刻的感知周遭的環(huán)境并做出合理的判斷。但是對于汽車、機器人等機械設(shè)備，它們又是如何感知附近的環(huán)境呢？這之中不可欠缺的就是各式各樣的傳感器，而伴隨著無人駕駛的發(fā)展，激光雷達逐漸走入了人們的視野當中。

激光雷達其實并不是什么新鮮事物，早在20世紀90年代，激光雷達就慢慢的開始商業(yè)化，當時有10多家廠商生產(chǎn)空載激光掃描儀，可選擇的型號超過30種。但激光雷達卻是在近幾年才異軍突起，成為傳感器中的新寵兒。這之中不排除核心技術(shù)突破的因素，但同時也是因為無人駕駛逐漸從一個概念變成了實踐，而在其中扮演關(guān)鍵角色的激光雷達，也慢慢變得被大眾所關(guān)注。必須得說，一項科技的發(fā)展極大的說到了產(chǎn)業(yè)的影響。

1. 激光雷達的原理

激光雷達是一種采用非接觸激光測距技術(shù)的掃描傳感器，通過向周圍發(fā)射激光，并接受反射回來的光束來形成點云以及距離數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理之后可以生成高精度的三維立體圖像，其測距的精度能夠達到厘米級，相比于GPS的精度得到了極大的提高。因此，這項技術(shù)成為了無人駕駛、高精地圖繪制、定位導(dǎo)航最為核心的傳感器設(shè)備。

圖: 激光雷達(圖片來自：[1]）

根據(jù)不同的結(jié)果原理，可以把激光雷達分成兩類：

旋轉(zhuǎn)式激光雷達：

機械旋轉(zhuǎn)式的激光雷達是發(fā)展比較早的激光雷達，目前技術(shù)比較成熟。它通過多束激光豎直排列，并繞軸進行360度旋轉(zhuǎn)，從而感知周圍的環(huán)境。這類激光雷達按照線數(shù)的不同分為16線、32線、64線等，線數(shù)越高，則獲取到的點越多，點云的分辨率越高，但相應(yīng)的成本也更貴。而且由于使用的機械結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)周期漫長，裝配復(fù)雜，在行車環(huán)境下可靠性不高，難以符合車規(guī)的嚴格要求。

圖: 旋轉(zhuǎn)式激光雷達原理圖（圖片來自：[2]）

固態(tài)激光雷達：

固態(tài)激光雷達摒棄了原有的機械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，使用了相控陣原理。通過改變每個陣元點產(chǎn)生光束的相位與幅度，從而改變在指定方向上的光照強度，模擬光束改變的效果。這種激光雷達由于不需要旋轉(zhuǎn)組件，在某些特定的程度的降低了硬件成本和機械損耗，同時具有數(shù)據(jù)速度采集快，分辨率高的特點。因此這類激光雷達更被大家所看好，但是目前的技術(shù)還不夠完善。

圖: 固態(tài)激光雷達原理圖（圖片來自：[2]）

2. 激光雷達的應(yīng)用

激光雷達憑借著它高精度的感知能力，目前已經(jīng)被應(yīng)用在各個領(lǐng)域當中。其中最被人熟知的就是無人駕駛領(lǐng)域，其次還有VR/AR以及3D打印等其他眾多領(lǐng)域。

無人駕駛：

目前的無人駕駛，都需要借助高精度地圖來幫助汽車實現(xiàn)定位、導(dǎo)航等操作，這類地圖需要精細到每一條的車道線，因此對于精度有著很高的要求，而激光雷達就在其中扮演著至關(guān)重要的角色。通過讓搭載激光雷達的汽車行駛在城市當中，來獲取環(huán)境周圍的信息并構(gòu)建三維的點云圖像，從而進行拼接得到最終的高精地圖。

圖: 高精地圖（圖片來自：[3]）

同時在汽車的行駛過程中，通過激光雷達來實時的掃描周邊的環(huán)境，可以對物體進行識別，如附近的人、動物已經(jīng)車輛等。從而能夠讓汽車進行有效的避障。

圖: 物體檢測（圖片來自：[4]）

VR/AR

在VR/AR領(lǐng)域，離我們生活最近的可以說是蘋果今年剛發(fā)布的ipad pro 2020，它在攝像頭的模組中就添加了一顆激光雷達。它利用直接飛行時間（dToF），測量室內(nèi)或室外環(huán)境中最遠五米處反射回來的光，并以納秒速度進行計算，從而讓增強實現(xiàn)擁有了更多的可能。

圖: ipad pro中的激光雷達（圖片來自：[5]）

激光雷達的應(yīng)用正在逐漸多樣化，人們也慢慢變得能感覺到其高精度的傳感能力所所帶來的提升。雖然目前好的激光雷達還十分昂貴，但相信產(chǎn)業(yè)化的需求逐漸增多，核心技術(shù)的逐步攻破，激光雷達終將被應(yīng)用到我們的生活當中，為我們的智能生活做出貢獻。

作者：pika

排版：鄒無忌

參考文獻：

[1] https:///news/detail/324871_2.html

[2] https://baijiahao.baidu.com/s?id=1601800649597130555&wfr=spider&for=pc

[3] https://auto.hexun.com/2019-07-16/197872157.html

[4] http://apollo.auto/devcenter/courseplaying_cn.html?target=1-140-227

[5] https://baijiahao.baidu.com/s?id=1661947515319596085&wfr=spider&for=pc

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