TOF激光雷达技术现状及其应用
經歷了多年的發(fā)展，激光雷達技術已逐漸趨于成熟，隨著人工智能時代的到來，激光雷達被滲入機器人、無人駕駛、數(shù)字多媒體互動等各大領域，根據(jù)應用領域的不同，激光雷達的類型也存在一定差異，按照不同的技術路線，又可將激光雷達分為三角測距及TOF激光雷達兩大類。今天我們就先來聊聊TOF激光雷達的技術現(xiàn)狀及其應用。
TOF激光雷達采用的是TOF飛行時間測距技術，通過激光器發(fā)射出一道激光，利用二極管來進行激光的回波檢測，再使用一個很高精度的計時器去測量光波發(fā)射到目標物引起反饋再回來的時間差，而光速不變的情況下，再將時間差乘以光速便可得到目標物體的距離。
當然，如果對TOF激光測距再加以細分，又可分為相位式及脈沖式兩種。
相位式：相位式是指連續(xù)的發(fā)射激光，但接收的回波信號由于光速傳播的特性相位上會有所差距，當檢查相位時就可以轉過來處理這個距離。這種方式的優(yōu)勢在于成本相對更低，但其主要問題是測量的速度沒法提高。
脈沖式：脈沖式較為簡單直接，也是目前TOF激光雷達中采用的最主流方式，主要是發(fā)出一道激光的脈沖，然后再檢測激光的相關信息。
現(xiàn)下較熱的TOF激光雷達RPLIDAR S1便采用了脈沖式TOF測距原理，其能實現(xiàn)每秒9200次的測距動作，在測距過程中，RPLIDAR S1將發(fā)射經過調制的紅外激光信號，該激光信號在照射到目標物體后產生的反光將被 RPLIDAR S1 的激光采集系統(tǒng)接收，然后經過嵌入在 RPLIDAR S1 內部的DSP處理器實時解算，被照射到的目標物體與 RPLIDAR S1 的距離值以及當前的角度信息將從通訊接口中輸出。
基于TOF原理的RPLIDAR S1激光雷達測距半徑可達到40米，能幫助機器人在更多更大的場景下開展工作。無論是地下超大停車場，還是超大辦公環(huán)境下，RPLIDAR S1都能輕松完成建圖。在室外模式下，RPLIDAR S1也可實現(xiàn)在60klx光下的有效工作，不受室外強光的干擾。
同時，RPLIDAR S1在黑色物體上的檢測上也一樣出色，相比于白色物體,激光雷達對深色物體的檢測難度更高，而RPLIDAR S1不管室內還是室外，在一定距離范圍內，對黑色物體的檢出表現(xiàn)同樣完美。
隨著TOF激光雷達的不斷成熟，如今其已成為眾多智能機器的核心傳感器，相比無人駕駛領域，TOF激光雷達在機器人領域更易實現(xiàn)應用落地，可幫助機器人構建所在環(huán)境的高精度輪廓信息，結合相應算法，實現(xiàn)機器人的自主定位、建圖及路徑規(guī)劃。
但應用于無人駕駛領域目前仍存在一定問題，首先是抗干擾問題，目前在無人駕駛上使用激光雷達做測試的車輛基本都是單量或者少數(shù)幾輛車，后期如果商用普及，面對路面上大量車都采用同樣的雷達掃描，就沒法識別是附近的車打來的脈沖還是自己發(fā)出的信號回波。在路邊很容易用相同雷達同波段的強光源去執(zhí)行惡意破壞，從而導致雷達失靈。另一個問題是在強烈的陽光下，雷達會和人眼一樣看不到目標了，從而帶來安全隱患。
其次是探測距離，會對車速有一定影響。如果人類晚上開近光燈開車，車速就上不去，開了遠光燈才能保證一定的速度；同理，激光雷達相當于車的眼睛，探測距離近的時候車速上不去。現(xiàn)在無人駕駛的激光雷達做到150米到200米就很困難，一般的車用200米都采用了比較高的放射率。
另一個是掃描問題，目前很多企業(yè)都想把激光雷達做成固態(tài)的，期待光學相控陣技術(OPA)方案。但OPA不僅對雷達有要求、對主機也有要求，大規(guī)模做成以后掃描的出光孔徑很小，也就意味著在雷達里會帶入損耗，會進一步縮短TOF的探測距離。
總體來說，TOF激光雷達在機器人領域的應用已趨于成熟，但想在無人駕駛領域實現(xiàn)商用化普及，未來還有很長的一段路要走。
關鍵字：TOF激光雷达,TOF激光雷达应用
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