激光雷達(dá)是許多尖端應(yīng)用的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。但是，市場(chǎng)上的激光雷達(dá)類型數(shù)不勝數(shù)，有時(shí)候?yàn)槟膽?yīng)用選擇合適的激光雷達(dá)有時(shí)很麻煩。如何區(qū)分不同類型的激光雷達(dá)？可用于評(píng)估其性能的關(guān)鍵參數(shù)和技術(shù)規(guī)格是什么？本文，虹科將為您揭開激光雷達(dá)參數(shù)的神秘面紗，并舉例說明該技術(shù)的潛在應(yīng)用和用途。

激光雷達(dá)參數(shù)主要有：探測(cè)距離、視場(chǎng)(FoV)、掃描模式、抗串?dāng)_抗干擾度、檢出率、多次回波、測(cè)距精度和準(zhǔn)確度。

1.探測(cè)距離

在眾多的參數(shù)中，探測(cè)距離可能是最重要的一項(xiàng)。探測(cè)距離指的是傳感器能探測(cè)到物體的最遠(yuǎn)距離。這在很大程度上取決于激光源的功率。功率越高，探測(cè)物體的距離就越遠(yuǎn)，但允許的最大激光功率受眼睛安全規(guī)定的限制。決定探測(cè)距離的其他因素包括激光雷達(dá)參數(shù)（如激光器類型和孔徑大?。┖头瓷鋵?duì)象的特性（如尺寸、距離、反射率、漫反射或鏡面反射）以及天氣和溫度等外部影響。

在入侵檢測(cè)系統(tǒng)中，長距離檢測(cè)十分重要?？梢詫⒓す饫走_(dá)安裝在墻上或者柵欄上，探測(cè)任何進(jìn)入預(yù)定區(qū)域的物體?？赏ㄟ^算法實(shí)現(xiàn)對(duì)象分類，使得系統(tǒng)只有在滿足特定條件下才發(fā)出警報(bào)。如果這堵墻特別長，而且激光雷達(dá)探測(cè)的距離有限，那么就需要多個(gè)激光雷達(dá)傳感器覆蓋整個(gè)周邊，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)入侵檢測(cè)功能。因此，為使得系統(tǒng)更容易管理且經(jīng)濟(jì)成本更低，選擇長距激光雷達(dá)是理想方案。

虹科的基于MEMS技術(shù)固態(tài)激光雷達(dá)具有較大的探測(cè)距離。反射鏡面的獨(dú)特設(shè)計(jì)，直徑超過10mm，使得光電探測(cè)器檢測(cè)到大量反射回來的光子，從而可靠地探測(cè)到高達(dá)250米的弱反射物。

小結(jié)：激光雷達(dá)的探測(cè)范圍描述了它能探測(cè)到物體的最遠(yuǎn)距離。決定因素大致可分為三大類：

l  激光雷達(dá)的特性（例如：激光類型、激光源功率、孔徑大?。?/p>

l  外部影響（如雨、霧、雪、陽光）

l  物體的特性（如尺寸、距離、反射率、漫反射或鏡面反射）

2. 視場(chǎng)角（FoV）

視場(chǎng)角是激光雷達(dá)傳感器覆蓋的角度或者是激光雷達(dá)信號(hào)發(fā)射的角度。不同的激光雷達(dá)技術(shù)有很大的不同。例如，機(jī)械式激光雷達(dá)通常通過機(jī)械結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)16-32個(gè)堆疊的激光源來產(chǎn)生視場(chǎng)，能夠提供360度的周圍環(huán)境信息。其結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，價(jià)格更便宜。但魯棒性更強(qiáng)的固態(tài)激光雷達(dá)，使用較少的激光源，虹科固態(tài)激光雷達(dá)只有一個(gè)激光源，一次只擊中一個(gè)點(diǎn)。為了逐點(diǎn)掃描周圍環(huán)境，光束被偏轉(zhuǎn)或“掃描”。

虹科固態(tài)激光雷達(dá)可以靈活配置視場(chǎng)角。假設(shè)每個(gè)掃描周期發(fā)射的激光信號(hào)量始終相同，減小角度和垂直視場(chǎng)將導(dǎo)致點(diǎn)云更密集，而增加垂直視場(chǎng)將使激光雷達(dá)返回信號(hào)分散得更遠(yuǎn)。對(duì)于水平視場(chǎng)，在保持視場(chǎng)不變的情況下，可以改變點(diǎn)間距。

FoV的選擇根據(jù)應(yīng)用的需要以及許多其他因素而變化，例如要掃描的對(duì)象類型或其表面特性。例如，在茂密的森林中需要更寬的視野才能獲取足夠的環(huán)境信息。如果是城市里，遍布高樓大廈和狹窄街道，則更加傾向于窄小的視場(chǎng)角。

小結(jié)：視場(chǎng)是激光雷達(dá)信號(hào)發(fā)射的角度。根據(jù)激光雷達(dá)技術(shù)的不同，視場(chǎng)有很大的不同。FoV的選擇會(huì)隨著不同應(yīng)用的需求以及許多其他因素而變化，例如要掃描的對(duì)象類型或其表面特性。

3. 掃描模式

在一長串的激光雷達(dá)參數(shù)列表中，掃描模式是激光雷達(dá)最重要、最有趣的參數(shù)。掃描式激光雷達(dá)有光束偏轉(zhuǎn)裝置或掃描裝置，可以使激光束在不同的方向上偏轉(zhuǎn)以進(jìn)行測(cè)距測(cè)量，形成獨(dú)特的掃描模式。這些模式特征有所不同，如掃描線的數(shù)量或點(diǎn)密度。激光雷達(dá)投入應(yīng)用中，掃描模式的特征十分重要。例如，在人員統(tǒng)計(jì)應(yīng)用中，計(jì)算某個(gè)區(qū)域中的人數(shù)，高分辨率的點(diǎn)云至關(guān)重要。為了達(dá)到所需的分辨率，則需要大量的掃描線。

虹科固態(tài)激光雷達(dá)的特殊之處在于，可以很容易地對(duì)掃描線數(shù)量進(jìn)行配置，即使在使用激光雷達(dá)時(shí)也能對(duì)掃描線數(shù)量進(jìn)行修改。傳感器可根據(jù)應(yīng)用及其不同需求進(jìn)行配置，例如，通過重新配置掃描線密度，可以無縫地從普通視圖切換到高分辨率圖像。

小結(jié)：掃描式激光雷達(dá)使激光束在不同的方向偏轉(zhuǎn)以進(jìn)行測(cè)距測(cè)量，形成獨(dú)特的模式，稱為掃描模式。這些模式由于特性不同支持的應(yīng)用場(chǎng)景也不同。

4. 抗串?dāng)_抗干擾度

在許多可能同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)傳感器的實(shí)時(shí)應(yīng)用中，抗串?dāng)_抗干擾度是另一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)。例如，自動(dòng)駕駛車輛上的激光雷達(dá)傳感器可能會(huì)在其視野范圍內(nèi)從另一輛車的激光雷達(dá)傳感器接收激光信號(hào)，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤檢測(cè)。因此，道路上的障礙物可能會(huì)被錯(cuò)誤地檢測(cè)到，從而導(dǎo)致不必要和潛在危險(xiǎn)的緊急制動(dòng)。如果寄生回波足夠強(qiáng)，它可能會(huì)分散激光雷達(dá)的視線，從而帶來更嚴(yán)重的安全隱患。陽光也帶來了很大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致傳感器采集的噪音信息，降低信號(hào)的可靠性和探測(cè)范圍。有幾種方法可以確保串?dāng)_不會(huì)影響激光雷達(dá)傳感器。下面列舉了兩種：

（1）頻譜濾波

立方體的工作波長為905nm，接近電磁光譜的紅外區(qū)域。在探測(cè)器前面還有一個(gè)過濾器，只允許波長相近的電磁波通過，同時(shí)阻擋其他電磁波。因此，立方體對(duì)來自其他激光雷達(dá)的激光沒有反應(yīng)，這些激光雷達(dá)的工作波長不同，例如1550納米。然而，探測(cè)器仍然容易被另一個(gè)905nm激光信號(hào)所欺騙。為了解決這個(gè)問題，我們采用了一種稱為空間濾波的技術(shù)。

（2）空間濾波

虹科固態(tài)激光雷達(dá)的同軸設(shè)計(jì)允許它通過與光束偏轉(zhuǎn)單元發(fā)射相同的路徑接收激光的反射。這樣可以確保探測(cè)器只捕捉到發(fā)射到特定方向的光子，并且對(duì)來自不同方向的其他光子“視而不見”。

基本上，另一個(gè)激光雷達(dá)傳感器在自動(dòng)駕駛車輛上必須發(fā)送一個(gè)精確相同的角度，但方向相反的激光脈沖，同時(shí)還要有一個(gè)正確的時(shí)間窗口，以便傳感器檢測(cè)并產(chǎn)生虛假回波。這種情況發(fā)生的可能性取決于許多因素，如激光雷達(dá)之間的距離、掃描速率、光束發(fā)散和相對(duì)方向，因此，該情況發(fā)生的概率極小。

頻譜和空間濾波也有助于減小陽光產(chǎn)生的信號(hào)噪聲，并將其對(duì)距離性能的影響降到最低。虹科固態(tài)激光雷達(dá)的探測(cè)范圍是在100 klux光強(qiáng)度下測(cè)得的。

小結(jié)：當(dāng)多個(gè)傳感器發(fā)出的信號(hào)不是激光雷達(dá)的發(fā)送方時(shí)，就會(huì)發(fā)生串?dāng)_，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤檢測(cè)。串?dāng)_可以通過諸如頻譜和空間濾波等措施最小化。

5. 檢出率

檢測(cè)率（DR）是檢測(cè)到真實(shí)目標(biāo)上所選點(diǎn)的比例。相反，誤報(bào)率（FPR）衡量的是在沒有真實(shí)物理目標(biāo)的情況下，在點(diǎn)云中檢測(cè)到回波的比例。

錯(cuò)誤檢測(cè)是不可取的，因?yàn)樗鼈兘档土它c(diǎn)云的精度，從而降低了目標(biāo)識(shí)別的可靠性。在我們上面的入侵檢測(cè)系統(tǒng)的例子中，如果激光雷達(dá)的檢測(cè)率很低，在監(jiān)控應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)越來越多的假警報(bào)，使得結(jié)果不可靠。

虹科固態(tài)激光雷達(dá)擁有高達(dá)90%的檢出率，誤報(bào)率小于0.2%。在要求高可靠性與一致性的應(yīng)用場(chǎng)景中，其同樣適用。

小結(jié)：檢測(cè)率（DR）是檢測(cè)到真實(shí)目標(biāo)上所選點(diǎn)的比例。錯(cuò)誤檢測(cè)是不可取的，因?yàn)樗鼈兘档土它c(diǎn)云的精度，降低了目標(biāo)識(shí)別的可靠性。

6. 多次回波

激光雷達(dá)通常在發(fā)射激光束后接收到不止一次的反射，因?yàn)樗S著距離的不斷增加會(huì)變寬或發(fā)散。因此當(dāng)一部分光束擊中最近的目標(biāo)時(shí)，其中一些光束可能會(huì)擊中距離較遠(yuǎn)的目標(biāo)。這意味著光束將返回不同的信號(hào)，有多個(gè)返回值。

如果激光雷達(dá)只能測(cè)量單個(gè)回波，它將只顯示由算法或反射強(qiáng)度定義的一個(gè)目標(biāo)。通常，只有最接近傳感器的目標(biāo)才會(huì)被記錄下來，而后面的目標(biāo)則不會(huì)被檢測(cè)到。

可以處理多次回波的激光雷達(dá)也可以探測(cè)到部分被物體阻擋的目標(biāo)，這增加了相同數(shù)量的激光脈沖收集的數(shù)據(jù)量和深度。

一個(gè)典型的使用案例是探測(cè)森林中的樹葉，首先返回的是來自樹梢的反射光束。部分激光束可能會(huì)擊中沿途的一些樹枝并被反射，而另一部分激光束可能會(huì)擊中地面并返回。這將產(chǎn)生多次回波，激光雷達(dá)可能會(huì)記錄三個(gè)不同的距離。在這種情況下，第一個(gè)通常是最有意義的回報(bào)，因?yàn)樗鼨z測(cè)到景觀中最高的特征，樹梢。

虹科固態(tài)激光雷達(dá)最多支持測(cè)量三次的激光回波信號(hào)，并可以根據(jù)應(yīng)用的要求配置測(cè)量回波數(shù)量，從而使傳感器適用于各種各樣的用例。

小結(jié)：激光雷達(dá)發(fā)射的光束通常會(huì)隨著距離的增加而變寬或發(fā)散，并且可能會(huì)擊中不同的目標(biāo)，從而測(cè)量到多次回波?？梢蕴幚矶啻位夭ǖ募す饫走_(dá)能夠檢測(cè)到部分被遮擋的目標(biāo)，這增加了采集數(shù)據(jù)的數(shù)量和深度。

7. 測(cè)距精度和準(zhǔn)確度

測(cè)距精度和準(zhǔn)確度是激光雷達(dá)的關(guān)鍵參數(shù)，了解兩者之間的區(qū)別非常重要，因?yàn)樗鼈兂３Ｏ嗷セ煜?/p>

（1）測(cè)距精度

精度是衡量激光雷達(dá)采集數(shù)據(jù)重復(fù)性的指標(biāo)。高精度意味著對(duì)同一目標(biāo)的重復(fù)測(cè)量將非常接近平均值，低精度意味著在均值附近的離散值較大。

測(cè)距精度對(duì)于測(cè)速相機(jī)等應(yīng)用來說至關(guān)重要，在這些應(yīng)用中，使用激光雷達(dá)必須在短時(shí)間內(nèi)計(jì)算出與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)之間的距離，從而進(jìn)一步計(jì)算出車輛的速度。

測(cè)距精度取決于傳感器與目標(biāo)之間的距離以及目標(biāo)的特性，如反射率和攻角。虹科固態(tài)激光雷達(dá)的特點(diǎn)是測(cè)距精度小于2厘米。

精度是衡量激光雷達(dá)采集數(shù)據(jù)重復(fù)性的指標(biāo)。高精度意味著重復(fù)測(cè)量接近平均值。

（2）測(cè)距準(zhǔn)確度

準(zhǔn)確度為測(cè)量值與實(shí)際值的接近程度，即測(cè)量的目標(biāo)距離與其實(shí)際距離的接近程度。對(duì)于高準(zhǔn)確度的激光雷達(dá)，測(cè)距值應(yīng)該非常接近實(shí)際距離，并且在指定的準(zhǔn)確度范圍內(nèi)。

在絕對(duì)距離測(cè)量應(yīng)用中，尤為看重激光雷達(dá)測(cè)距準(zhǔn)確度，例如體積測(cè)量?；蛘咴跓o人機(jī)上用來生成高精度地圖時(shí)，準(zhǔn)確識(shí)別下面的地形至關(guān)重要。這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步處理，以創(chuàng)建作物的三維模型，并監(jiān)測(cè)干旱或不同的生長階段，以優(yōu)化用水方案。

準(zhǔn)確度定義了測(cè)量值與實(shí)際值的接近程度，測(cè)距準(zhǔn)確度高的激光雷達(dá)測(cè)得的距離值將非常接近實(shí)際距離。

激光雷達(dá)傳感器處于技術(shù)革命的前沿，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。它們有各種形狀和尺寸，最重要的是基于不同的技術(shù)。因此，了解不同的技術(shù)規(guī)格對(duì)于選擇適合特定應(yīng)用的傳感器至關(guān)重要。