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  • 像形成的原理是光的
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    2021-04-15 10:32:44

    彩虹形成原理

    本文摘自书籍《有趣的透镜》
    

    对于彩虹形成原理的探索,先从折射引起的散射开始吧!最先解释了彩虹发生的基本原理的是,前面提到的笛卡儿牛顿

    • 笛卡儿–光的折射

    笛卡儿提到了光的折射,在笛卡儿·斯涅尔定律中提到:入射角的正弦值和折射角的正弦值之比,是一个定值,且和入射角的大小无关。如下图,

    笛卡儿
    • 牛顿–光的色散

    牛顿提到了光的色散,他发现无色的太阳光通过三棱镜后,出现从红到紫连续变化的光的彩带现象。

    牛顿--光的色散

    笛卡儿根据光的折射定律,从太阳光射入盛满水的球形玻璃这一实验入手,研究了彩虹的形成原理。他通过光路的研究,阐明了彩虹的成因,但是没能说明彩虹颜色的由来。而牛顿则阐明了彩虹的颜色来源于含有多种颜色的太阳光。

    雨后的天空,漂浮着许多小水滴。太阳光照射到这些小水滴上后,水滴和三棱镜的作用一样,便形成了彩虹。当然,球形水滴中的光路和三角形的三棱镜中的光路不同,因此彩虹形成的原理,要比三棱镜形成彩带的原理复杂。下面描述在球形水滴中的光路是怎么样的!

    水滴中的光路

    1. 太阳光照到水滴上时,如下图所示,光在水滴表面发生折射,进入水滴内。
    2. 该光线在水滴内壁反射后,又一次在水滴表面折射而穿出水滴之外。
    3. 射到外面的光,根据颜色的不同,在某些特定的角度上强度增大。这个角度,对红光来说约为42°,对紫光来说约为40°。
    笛卡儿

    这就是通常我们称之为彩虹的明亮彩带形成的原理。这叫主虹。 同时,主虹外侧还有一条较模糊的、颜色顺序和主虹正好相反的虹,这叫副虹(又称为霓)。
    如下图所示,副虹是由在水滴中经过**两次**反射而出射的光形成的。红光约为51°,紫光约为53。

    主虹和副虹的形成原理
    理论上存在水滴中经过3次反射而形成的副虹,但反射次数增多时光会减弱,因此我们就看不到了。
    

    彩虹为什么是圆弧形的?

    我们通常看到的彩虹形状,是图1那样被水平线或地平线切割的圆弧形的。

    彩虹

    彩虹是圆形的理由,以主虹的红光为例来说明。如图2所示,将主虹的红光射过来的42°的方向连接起来的话,将是什么样的形状呢?

    可见方向

    从彩虹观察者的视点О处所看到的红带的形状,是用角度为POQ的巨大圆规描画出的半圆。 因此彩虹之所以看上去是圆弧形的,是由于彩虹各自的色带 在特定的方向才能够被看到 的缘故。 此外,从高山顶上观看彩虹,由于从目光下方的水滴中射出的光也可以到达眼睛,彩虹就是图3所示的圆形的了。

    其次,我们思考一下彩虹不能接近的理由。飘浮在空中可制成彩虹的水滴是无数的,它们形成了一个很厚的水滴层。因此,如图4所示,即使朝所看到的彩虹的方向走去,只要有水滴层的地方就可以看到彩虹。以人们或走或跑的速度,都不能轻易地穿过该水滴层,因此也就不可能接近彩虹。该水滴层是向上下左右扩展的,观察者无论是向远离彩虹的方向移动,还是上下左右移动,都能看到彩虹。
    在这里插入图片描述

    那么,是不是说笛卡儿和牛顿已经完全阐明了彩虹的形成机理了呢?事实上并非如此。
    在他们所提出的彩虹模型中,并没有考虑到水滴的大小和形状。实际上的彩虹,并非如三棱镜得到的光谱那样鲜明,有时出现的是整体发白的白虹,有时出现的则是主虹内侧或副虹外侧称为过剩虹的一条光的亮线。这种现象仅用光线追踪法是无法说明的,需要考虑光的波动性质。

    此后英国的托马斯·杨(ThomasYoung,1773~1829)及爱里(George BiddellAiry,1801~1892)等对该现象发生了兴趣,他们对彩虹的这些不可思议现象的深入探索,成为了导致光的波动理论诞生的契机。

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    千次阅读 2021-06-09 17:14:20
    几分钟讲清激光雷达的工作原理 因为地表植被会对这两种有较强的反射。(400nm到700nm为看见范围,之外分为:紫外线,红外线。) 机载激光雷达Lidar的工作原理: 机载Lidar的四个组成部分: 1、Lidar:左右...

    超清晰!几分钟讲清激光雷达的工作原理

    因为地表植被会对这两种光有较强的反射。(400nm到700nm为看见光范围,之外分为:紫外线,红外线。)

    机载激光雷达Lidar的工作原理:

    机载Lidar的四个组成部分:

    1、Lidar:左右往复扫描地面。飞行时可以覆盖很大的面积。

    2、全球定位系统GPS接收器:用于追踪飞机的高度和XY坐标。GPS能够记录激光发射时空间位置。

    3、惯性测量单元:惯导,IMU。用于记录飞机在空中时的姿态(测量俯仰、滚动、偏转)。用于后期计算物体高程的精度。 

    4、计算机:记录飞机队地面扫描所得到的全部数据。

    组成部分如何配合工作的

    1、Ldiar系统通过主动向地面发射激光来扫描地面。Lidar Pulse:Lidar激光产生并发射的一束光线。“回波”return:脉冲反射后被传感器接受记录的光线。ToF(time of Fly)

    2、通过GPS我们获得飞机的高度信息,然后高度信息减去距离,就是测量扫描地表的高程信息。

    3、但是飞机在飞行中受到气流影响会产生上下波动,需要惯导系统记录起伏来校正数据。

    有些激光脉冲是垂直从飞机上发射到地面称为NADIR。但是大多数脉冲是倾斜发射的,称为OFF-NADIR。所以Lidar系统在计算高程时还需考虑脉冲的角度。

    机载Lidar的基本工作原理。

    整个过程描述:Lidar系统从飞机上向地面发射激光,之后记录脉冲从发射到返回飞机的时间。通过这个事件和光速得到了光走过的(单程)距离。之后通过GPS引入了飞机的高度、水平仪等设备获取飞行姿态,以及脉冲的角度(安装角度)等信息。来换算成实际高度。然后减去距离,得到地面的高程信息。同时GPS也返回了测量物体在地面的位置经纬度(x和y)。以上所有信息都记录在计算机中。

    多次回波:

    一束激光的脉冲不仅仅反射一次。比如激光穿透一些东西后,一个点上,二次返回,三次返回。


    【科普】5分钟了解激光是如何产生的(激光原理—激光的生成)

    1、材料粒子能级:

    基态:最稳定的态;高能态:粒子寿命很短;

    外加能量将基态例子泵浦(这个词新鲜。使用光将电子原子分子中的较低能级升高(或“泵”)到较高能级的过程。)到高能态,大部分粒子以自发辐射的形式回到基态。

    2、谐振腔

    激光原理-这是我见过最通俗易懂的介绍 | Engineer Guy系列视频(中文字幕)这个讲谐振腔更形象。

    两端镀银的红宝石缸内通过两端反射光线,红宝石的两端惊人地相互平行,且距离不超过200nm。

    在这个谐振腔里面:任何与轴线不对齐的光线最终只会从圆柱体的侧面出来。

    平行于轴线的光线不断的增强,并且缩小了波长。镜像端产生驻波,这意味着只有特定波长的光可以存在于腔内。通过正确的选择红宝石棒长,我们可以接近单一波长的激光特性。

    其中一个镜子或部分镀银镜子上有一个小洞,允许光线逃脱,并形成激光光束。



    激光的工作原理How Lasers Work - A Complete Guide

    Laser:激光。light amplification by stimulated emission of radiation。受激辐射的光放大

    L:light

    A:amplification 

    S:stimulated 

    E:emission 

    R:radiation

    1971年爱因斯坦提出了受激发辐射的概念。

    激光为何这么有用呢?为何他们无处不在?

    激光拥有的三种独特性质。

    1、线宽:激光的纯度也就是线宽,比任何其他光源都要窄。是一个频率范围较小的光,这个范围越小,激光的线宽和质量就越好。相比白炽灯的线宽非常大,发出的光谱也很宽,所以它发出的光是白色的。(白光是可见光谱中所有颜色的叠加)。

    窄线宽很有用,因为很多科学实验想要分析具有确定能量的东西。(不同波长的光对应不同的能量,因此,单一能量的光源是有用的)

    2、相干性:激光发出的光是相干光。这意味着他们具有相同的偏振方向和相位 。

    换句话说:激光器能够输出高度相干的单色光。相对来说:LED的光也是单色的,但它发出的光并不相干。相干性很重要:因为所有的光子能量都在一起。

    3、能量:激光能够向一个小区域发射高强度光。(军事和医学应用上)

    量子力学概念:受激吸收、自发辐射和受激辐射。三个量子过程。

    1、受激吸收:Stimulated Absorption

    我们需要一个由质子和中子组成的原子核(带正电荷)和带负电荷电子。

    这个图中的轨道,代表上面资料中的平行线。能级态。势能。

    光可以作为推动来激发电子,假设一个单位的光子,穿过低能态的电子,光子牺牲自己,把电子推到更高的能级(高能态)。光子被湮灭,但是它的能量成为被激发电子的一部分。(不同的材料具有不同的能级。而且,我们需要的光子的能量也必须是精确的,如果光子的能量太高,电子会被电离。)

    2、自发辐射:Spontaneous Emission

    电子在高能态不稳定:电子只会在高能态存在100ns左右。电子最终下落。(为何不稳定回落?推动它回落的是真空能量的微小扰动,量子力学效应。)(空间或者真空并不像我们想象的那样是空的,事物不断地出现和消失。正是这些真空事件扰乱了电子,这也是为什么物质具有铁磁性的原因。)

    光在100ns内,可以传播29米。当电子从高能态下落是,它会释放一个能量等于能级差值的光子。下落能级越高,光子的能量就越高。(如果释放出的光子的能量值在可见光范围,我们就认为他有颜色。)

    3、受激辐射:Stimulated Emission

    当光子与已经激发的电子相互作用时,就会发生这种现象。这种光子可以作为一种微扰,迫使电子退回到较低的能量状态并发射光子。发射出的光子与激发它的光子是相同的:具有相同的频率、相位、偏振,彼此相干。

    如果我们能以某种方式雪崩式地进行这个过程,我们就会得到激光。这个基本上就是激光的机理。

    光是一种波,它存在建设性和摧毁性的干涉(相长干涉和相消干涉)。谐振腔建设性相长干涉,高强度光束。 

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  • 激光雷达工作原理

    千次阅读 多人点赞 2021-01-20 11:34:36
    激光雷达的原理 如下图所示,激光雷达的发射器发射出一束激光,激光光束遇到物体后,经过漫反射,返回至激光接收器,雷达模块根据发送和接收信号的时间间隔乘以光速,再除以2,即可计算出发射器与物体的距离。 ...

    正文

    激光雷达的原理

    如下图所示,激光雷达的发射器发射出一束激光,激光光束遇到物体后,经过漫反射,返回至激光接收器,雷达模块根据发送和接收信号的时间间隔乘以光速,再除以2,即可计算出发射器与物体的距离。

    图片出处:http://slideplayer.com/slide/7103535/

     

    自动驾驶用的LiDAR通过测量激光束在空中的飞行时间(从发射窗口发射,照射到目标,再反射回接收窗口所需要的时间),乘以光速,得到测距仪到目标的距离。因此,激光探测属于既需要发射又需要接受的主动探测。这种模式下,探测距离和能接收到的返回激光的能量有关。雷达方程可以完美表述这一过程(看看就好)

    有一点比较蛋疼。我们都知道,激光的波束很窄;目标还都不是反射镜;所以在车载环境下,我们要靠目标的一点点漫反射来获取距离信息。

    那激光具体是怎么反射回来的呢?

    首先,光源发出的光束,经过发射透镜组准直后从发射窗射出。发射透镜组反射、吸收、畸变损耗了一部分能量。

    其次,反射光束在空气中和空气分子、尘埃等发生作用,绝大部分被散射,一部分被吸收。所以为什么激光雷达怕雾霾、雨雪,因为还没达到目标,能量已经被散射的差不多了。

    再次,光束照射到目标表面后,一部分被目标吸收,剩余的以漫反射(不是镜面反射)的方式反射到四面八方,只有很小的一部分可以原路返回回去。

    最终,反射光能有幸最终抵达接收窗口,汇聚后又只有一部分能落到接收传感器的敏感区域。(问题,它怎么知道哪些是它发射的光呢?它有可能接收到一系列的漫反射的光信息,怎么过滤出它自己发射出去的光呢?是不是频率?在探测器前面还有一个过滤器,只允许波长相近的电磁波通过,同时阻挡其他电磁波。对于相同波长的多个雷达,可能存在接错数据源的问题,还存在同一个物体的反射波经过多个路径后被接收的情况,这些都会对测距的结果产生影响,具体的应对措施可以看https://zhuanlan.zhihu.com/p/326421564

    看一个例子,对于发射功率50W,使用直径20mm的透镜接受的测距仪:

    1. 当目标5m远,目标反射率为80%(白色漫反射目标)时, 0.15mw的功率能最终返回。
    2. 目标200m远,目标反射率为20%(深灰色漫反射目标),只有 0.024微瓦的功率能最终返回(聊胜于无)。

    目标距离远了40倍,接收到的功率足足弱了6250倍,你说心塞不心塞。

    包含散射和回波特征的实际数据(弱弱的回波)

    激光雷达的分类

    激光雷达根据安装位置的不同,分类两大类。一类安装在无人车的四周,另一类安装在无人车的车顶。

    安装在无人车四周的激光雷达,其激光线束一般小于8,常见的有单线激光雷达和四线激光雷达。

    安装在无人车车顶的激光雷达,其激光线束一般不小于16,常见的有16/32/64线激光雷达。

    单线激光雷达

    图片出处:http://robotsforroboticists.com/sick-lms511-lidar-review/

    单线激光雷达是目前成本最低的激光雷达。成本低,意味着量产的可能性大。

    前两天朋友圈刷屏的“北京首个自动驾驶测试场启用”新闻中出现的福田自动驾驶汽车就使用了4个单线激光雷达,分别布置于无人车的前后左右,用于车身周围障碍物的检测,如下图。

    单线激光雷达的原理可以通过下图理解。

    图片出处:http://www.mdpi.com/1424-8220/16/6/933/htm

    单束激光发射器在激光雷达内部进行匀速的旋转,每旋转一个小角度即发射一次激光,轮巡一定的角度后,就生成了一帧完整的数据。因此,单线激光雷达的数据可以看做是同一高度的一排点阵。

    单线激光雷达的数据缺少一个维度,只能描述线状信息,无法描述面。如上图,可以知道激光雷达的面前有一块纸板,并且知道这块纸板相对激光雷达的距离,但是这块纸板的高度信息无从得知。

    四线激光雷达

    如上图所示,四线激光雷达基本都像这样。

    全新的奥迪A8为了实现Level 3级别的自动驾驶,也在汽车的进气格栅下布置的四线激光雷达ScaLa。

    有了之前单线激光雷达的原理介绍,四线激光雷达的工作原理就很容易理解了。

    如下图所示,不同的颜色代表不同的激光发射器。

    图片出处:https://www.youtube.com/watch?v=lj5B2g4MyMM

    四线激光雷达将四个激光发射器进行轮询,一个轮询周期后,得到一帧的激光点云数据。四条点云数据可以组成面状信息,这样就能够获取障碍物的高度信息。

    根据单帧的点云坐标可得到障碍物的距离信息。

    根据多帧的点云的坐标,对距离信息做微分处理,可得到障碍物的速度信息。

    实际应用时,在购买激光雷达的产品后,其供应商也会提供配套的软件开发套件(SDK,Software Development Kit),这些软件开发套件能很方便地让使用者得到精准的点云数据,而且为了方便自动驾驶的开发,甚至会直接输出已经处理好的障碍物结果。

    如下图绿的的矩形框即为障碍物相对于自车的位置,矩形框的前端有个小三角,表示障碍物的运动方向。

    16/32/64线激光雷达

    图片出处:http://velodynelidar.com/news.php

    16/32/64线的激光雷达的感知范围为360°,为了最大化地发挥他们的优势,常被安装在无人车的顶部。

    三款激光雷达的技术参数和成本如下图。(更多Velodyne激光雷达的技术资料/使用手册等,可在公众微信号 自动驾驶干货铺 里回复 Velodyne 获取)

    图片出处:http://auto.qq.com/a/20170609/058173.htm

    360°的激光数据可视化后,就是大家经常在各种宣传图上看到的效果,如下图。

    图中的每一个圆圈都是一个激光束产生的数据,激光雷达的线束越多,对物体的检测效果越好。比如64线的激光雷达产生的数据,将会更容易检测到路边的马路牙子。

    16/32/64线的激光雷达只能提供原始的点云信号,没有对应的SDK直接输出障碍物结果。因此各大自动驾驶公司都在点云数据基础上,自行研究算法完成无人车的感知工作。

    激光雷达的数据

    激光雷达的点云数据结构比较简单。以N线激光雷达为例来讲解点云的数据结构。

    在实际的无人驾驶系统中,每一帧的数据都会有时间戳,根据时间戳进行后续和时间有关的计算(如距离信息的微分等)。因此N线激光雷达的点云数据结构如下图。

    每一线点云的数据结构又是由点云的数量和每一个点云的数据结构组成。由于激光雷达的数据采集频率和单线的点云数量都是可以设置的,因此1线点云数据中需要包含点云数量这个信息。

    最底层的是单个点云的数据结构。点的表达既可以使用theta/r的极坐标表示,也可以使用x/y/z的3维坐标表示。

    每个点云除了坐标外,还有一个很重要的元素,那就是激光的反射强度。激光在不同材料上的反射强度是不一样的。以3维坐标的表示方法为例,单个点云的数据结构如下图。X/Y/Z方向的偏移量是以激光雷达的安装位置作为原点。

    激光雷达能做什么?

    激光雷达点云数据的一般处理方式是:数据预处理(坐标转换,去噪声等),聚类(根据点云距离或反射强度),提取聚类后的特征,根据特征进行分类等后处理工作。

    以百度Apollo 2.0目前已开放的功能为例,看看激光雷达能完成哪些工作。

    障碍物检测与分割

    图片出处:http://data.apollo.auto/?locale=zh-cn&lang=en

    利用高精度地图限定感兴趣区域(ROI,Region of Interest)后,基于全卷积深度神经网络学习点云特征并预测障碍物的相关属性,得到前景障碍物检测与分割。

    可通行空间检测

    利用高精度地图限定ROI后,可以对ROI内部(比如可行驶道路和交叉口)的点云的高度及连续性信息进行判断点云处是否可通行。

    高精度电子地图制图与定位

    利用多线激光雷达的点云信息与地图采集车载组合惯导的信息,进行高精地图制作。自动驾驶汽车利用激光点云信息与高精度地图匹配,以此实现高精度定位。

    障碍物轨迹预测

    根据激光雷达的感知数据与障碍物所在车道的拓扑关系(道路连接关系)进行障碍物的轨迹预测,以此作为无人车规划(避障、换道、超车等)的判断依据。


    小结

    当前人工智能的算法还不够成熟,纯视觉传感器的无人驾驶方案在安全性上还存在较多问题,因此现阶段的无人车的开发还离不开激光雷达。强如Google,目前不也还没开发出脱离激光雷达的自动驾驶方案么。

    不过成本是激光雷达普及所遇到的最大问题。毕竟一款比车还贵的传感器是车企无法接受的。激光雷达的降本路任重道远啊。

    好了\(^o^)/~,这篇分享基本上让大家了解了无人车所使用到的激光感知技术。

    原文及参考:

    https://zhuanlan.zhihu.com/p/326421564

    https://zhuanlan.zhihu.com/p/33792450

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  • 激光雷达原理介绍

    万次阅读 多人点赞 2021-02-02 12:39:51
    激光雷达的工作原理 激光雷达根据测量原理可以分为三角法激光雷达、脉冲法激光雷达、相干法激光雷达。本文我们只针对脉冲法...接收单元:接收光学系统、光学虑装置、光电探测器。接收反射的激光信号即回波信号;...

    激光雷达的工作原理

    激光雷达根据测量原理可以分为三角法激光雷达、脉冲法激光雷达、相干法激光雷达。本文我们只针对脉冲法测距的激光雷达做分析。

    基于脉冲法的激光雷达利用光速测距。激光发射器发射激光脉冲,计时器记录发射时间;脉冲经物体反射后由接收器接受,计时器记录接受时间;时间差乘上光速即得到距离的两倍。用此方法来衡量雷达到障碍物之间的距离。

     

    激光雷达系统组成

    发射单元:激光器、发射光学系统,发射激光束探测信号;

    接收单元:接收光学系统、光学虑光装置、光电探测器。接收反射的激光信号即回波信号;

    控制单元:控制器、逻辑电路。控制激光激发、信号接收及系统工作模式;

    信号处理单元:信号处理、数据校准与输出。光电转换,信号分析,数据获取;

    激光雷达的优点:

    1. 具有很高的分辨率

    2. 抗干扰能力强

    3. 获取的信息量丰富

    4. 可全天候工作

    激光雷达的不足:

    1. 受天气和环境影响(烟雾、粉尘、雨雪、沙尘等)

    2. 价格较贵,大部分产品处于万元级别

    根据激光雷达的特性,与自动驾驶中其他常用的传感器对比如下:

     

    激光雷达性能指标

    在自动驾驶中,激光雷达常用于检测车辆四周FOV范围内的物体和道路特征,输出其产生的点云位置、特征反射率、运动属性等。

    激光雷达的主要性能指标有激光波长、测量距离、测量精度、扫描频率、角分辨率、视场角、激光线束、安全等级、出点率、输出参数、IP防护等级、功率、供电电压、使用寿命等。如下图所示:

     

    激光波长:目前市场上激光雷达最常用的波长是905nm和1550 nm。1550nm波长激光雷达传感器可以以更高的功率运行,以提高探测范围,同时对于雨雾的穿透力更强。905nm的主要优点是硅在该波长处吸收光子,而硅基光电探测器通常比探测1550 nm光所需的铟镓砷(InGaAs)近红外探测器便宜。

    测量距离:激光雷达所标称的距离大多以90%反光率的漫反射物体(如白纸)作为测试基准。激光雷达的测距与目标的反射率相关。目标的反射率越高则测量的距离越远,目标的反射率越低则测量的距离越近。因此在查看激光雷达的探测距离时要知道该测量距离是目标反射率为多少时的探测距离。

    测距精度:指测量一定数量后得出的真实值,是与真实一致性的度,重复精度也叫再现性或可重复性,是用于表示多次测量得到同一结果的可能性的量。一般测绘级的激光传感器测量精度都在1cm左右。

    扫描频率:一秒内进行多少次测距输出。较高的扫描频率可以确保安装激光雷达的机器人实现较快速度的运动,并且保证地图构建的质量。但要提高扫描频率并不只是简单的加速激光雷达内部扫描电机旋转这么简单,对应的需要提高测距采样率。否则当采样频率固定的情况下,更快的扫描速度只会降低角分辨率。

    角分辨率:角分辨率是扫描仪分辨目标的能力,测角分辨率越小,则表明能够分辨的目标越小,这样测量出的点云数据就越细腻。包括垂直分辨率和水平分辨率,水平方向上由电机带动,所以水平分辨率可以做得很高。一般可以做到0.01度级别。垂直分辨率是与发射器几何大小相关,也与其排布有关系,就是相邻两个发射器间隔做得越小,垂直分辨率也就会越小。垂直分辨率为0.1~1度的级别。

    视场角大小:指激光束通过扫描装置所能达到的最大角度范围,包括水平视场角和垂直视场角。垂直视场角一般在30°~50°之间,机械式的水平视场角一般是360°,固态式水平视场角一般在80~120°之间。

    雷达线束:常见的激光雷达的线束有16线、32线、64线等。多线激光雷达就是通过多个激光发射器在上的分布,通过电机的旋转形成多条线束的扫描。理论上讲,线束越多、越密,对环境描述就更加充分。

    安全等级:激光雷达的安全等级是否满足Class 1,需要考虑特定波长的激光产品在完全工作时间内的激光输出功率,即激光辐射的安全性是波长、输出功率,和激光辐射时间的综合作用的结果。

     

    激光雷达的分类

    基于TOF法的激光雷达可以分为机械式激光雷达、MEMS激光雷达、相控阵激光雷达、FLASH激光雷达。

    机械激光雷达:使用机械部件旋转来改变发射角度从而测量激光发出和收到回波的时间差,确定目标的方位和距离。

    优点:

    单点测量精度高;

    抗干扰能力强;

    可承受高激光功率;

    缺点:

    垂直扫描角度固定;

    装调工作量大,体积大;

    长时间使用电机损耗大;

    MEMS激光雷达:通过MEMS把机械结构集成到体积较小的硅基芯片上,并且内部有可旋转的MEMS微振镜,通过微振镜改变单个发射器的发射角度,从而达到不用旋转外部结构就能扫描的效果。本质上是将机械式激光雷达的机械结构通过微电子技术集成到硅基芯片上,并没有做到完全取消机械结构。

    优点:

    集成度高、体积小;

    元器件损耗低;

    芯片级工艺,适合量产;

    缺点:

    高精度高频振动控制难度大;

    制造精度要求高;

    无法实现360°扫描,需组合使用;

    相控阵激光雷达:光学相控阵原理类似干涉,通过改变发射阵列中每个单元的相位差,合成特定方向的光束。经过这样的控制,光束便可对不同方向进行扫描。雷达精度可以做到毫米级。

    优点

    扫描速度快:一般可达到MHz量级以上;

    扫描精度高:可以做到μrad量级以上;

    可控性好:可以在感兴趣的目标区域进行高密度的扫描,这对于自动驾驶环境感知非常有用;

    缺点

    易形成旁瓣,影响光束作用距离和角分辨率,干涉效果易形成旁瓣,使得激光能量被分散;

    加工难度高:光学相控阵要求阵列单元尺寸必须不大于办个波长;

    FLASH激光雷达:以上激光雷达是逐点扫描式,单次发射只探测某个方位,而flash激光雷达单次探测可覆盖视角内所有方位,一次性实现全局成像来完成对环境周围环境的探测。

    优点

    无扫描器件,成像速度快

    集成度高,体积小

    芯片级工艺,适合量产

    缺点

    激光功率受限,探测距离近

    抗干扰能力差

    角分辨率低

    无法实现360°成像

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