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机器人感知与智能第三章激光雷达感知技术概述

OUTLINE激光雷达（LiDAR）是一种利用激光进行探测与测距的传感器，能够精确获取目标的距离、位置和三维空间信息，广泛应用于自动驾驶、机器人、无人机和测绘等领域。其基本原理是向目标发射激光束，并接收反射回波，通过测量激光往返传播时间计算距离，再结合扫描获得环境的三维点云信息。激光雷达具有测量精度高、分辨率高、抗电磁干扰能力强和信息丰富等优点，但也容易受到雨雾尘等环境因素影响，对颜色和文字信息识别能力较弱，且成本较高。按照测距方法不同，激光雷达主要可分为时间差测距、相位测距、调频连续波和三角测距四类。01激光雷达原理目录

CATALOGUE02应用举例03实验01激光雷达原理时间差测距原理(ToF)

时间差测距激光雷达工作原理时间差测距原理(ToF)

时间差测距激光雷达工作原理相位测距技术原理

相位测距激光雷达工作原理调频连续波测距技术调频连续波激光雷达测距原理图

调频连续波测距技术

调频连续波激光雷达测距原理图三角测距法工作原理激光三角法斜射式示意图激光三角法直射式示意图三角测距激光雷达的基本原理是通过激光发射器释放一束激光，该激光在一定的入射角度下照射到物体表面，发生反射和散射。通过透镜在另一角度将反射激光聚焦成像，线性感光耦合组件接收反射光。光斑的移动位移与被测物体的运动距离成比例。通过算法计算光斑的位移，即可得到被测物体与基线的距离。三角形法则用于计算被测物体的距离，由于入射光和反射光形成一个三角形。根据入射光束与被测物体表面法线的夹角关系，可将测距方式分为斜射式和直射式两种，其中斜射式是指激光入射光束与被测物体表面法线夹角小于90°的方式，直射式是激光光束垂直入射到被测物体表面的一种情况，即入射光线与被测物体表面法线共线。如图所示。三角测距法工作原理

激光三角法斜射式示意图激光三角法直射式示意图02应用举例：无人驾驶应用举例：无人驾驶应用价值典型案例：Waymo的自动驾驶技术无人驾驶汽车的技术背景Waymo通过深度学习算法来实现对环境的全方位感知，这些算法可以实时处理大量的传感器数据，从而使车辆能够安全地导航和做出决策。这种技术集成不仅允许Waymo在复杂的城市环境中导航，而且还通过持续的机器学习不断提升自身的安全记录和可靠性。激光雷达为Waymo无人驾驶汽车提供了三维的深度感知能力。它能够在各种光照和天气条件下工作，捕获高分辨率的深度信息，并覆盖车辆周围的大范围。其主要在以下任务中使用激光雷达：障碍物检测与识别、车道线和路标识别、环境地图构建‘车辆自主定位无人驾驶汽车的目标是通过自动化的方式，实现汽车的自主导航和驾驶，这一愿景将彻底改变我们对交通运输和出行的理解。为了达到这

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