项目五任务1：认识激光雷达（课件）

认识激光雷达智能汽车传感器应用技术思考讨论题（2分钟）一、课程导入激光唱片激光打标激光焊接课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型大家了解激光有哪些方面的应用吗？激光切割望远镜月球激光测距激光灭蚊器激光矫视激光雷达激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标2.1激光二、激光雷达的概念激光，又称LASER。是受激释放并放大的光。激光具有以下特性：课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标2.2激光雷达二、激光雷达的概念激光雷达是发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。激光雷达发射激光束课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标三、激光雷达的发展历程1960197121世纪70年代后期200720052020阿波罗执行15号任务期间宇航员采用激光高度计来绘制月球表面图。各类激光设备的技术难度高，激光雷达成本较高，商业化场景较少。Velodyne首次将64线激光雷达应用于DARPA举办的一场无人驾驶挑战赛。Ibeo、Valeo、Luminar等公司相继推出各自的激光雷达产品，技术上各有优势，机械式产品逐渐转变为固态产品，产品成本逐渐降低激光器诞生后，科技界迅速将激光应用在测距仪和激光雷达当中DARPA（美国国防部高级研究计划署）、Velodyne等政界、军界、商界重要成员合力推动激光雷达发展。Velodyne的新款固态激光雷达售价已达到100美元。Velodyne生产出首台商用3D动态扫描激光雷达，成为该行业的重要时刻。课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标四、激光雷达系统的构成激光雷达系统的构成一般包含发射模块、接收模块、扫描系统和控制单元等部分。（1）发射模块：激励源周期性地驱动激光器，发射激光束；（2）接收模块：经接收光学系统，光电探测器接受目标物体反射回来的激光，产生接收信号；（3）扫描系统：以稳定的转速旋转起来，改变激光束的空间投射方向，由电机、微型谐振镜、相控阵列等形式实现。其中Flash方案没有扫描系统。（4）控制单元：主要要包括对激光发射模块、扫描系统、接收模块的控制，以及激光雷达数据的处理以及与外界系统的数据传输。课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标四、激光雷达系统的构成激励源激光器扫描系统光学探测器信号处理模块控制器逻辑电路发射光学单元接收光学单元物体控制单元发射模块接收模块激光雷达点云图激光雷达系统结构示意图课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.1按激光波长分类五、激光雷达的类型为了避免可见光对人眼的伤害，激光雷达选用的激光波长一般不低于850nm。而目前主流的激光雷达主要有905nm和1550nm两种波长。两种波长优劣势对比如下：优势劣势905nm905nm激光雷达接收器可以直接选用价格较低的硅材质，成本更加可控905nm波段的激光不会被晶状体和角膜吸收，温度上升10℃就会造成感光细胞损伤，需要对发射激光功率控制在对人无害的范围内以避免对人眼造成伤害。因此，905nm激光的探测距离会受到限制1550nm1550nm激光会被人眼晶状体和角膜吸收，不会对视网膜产生伤害，因此1550nm激光雷达可以发射更大功率，实现更远的探测距离。需要用到更加昂贵的铟镓砷（InGaAs）材质吸收，成本高课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.2按工作原理分类五、激光雷达的类型

机械激光雷达结构图三角测距法原理图课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.2按工作原理分类五、激光雷达的类型1、测距2）TOF测距法TOF是飞行时间测距法。激光雷达内的激光模块发出经调制的脉冲激光，遇物体后反射，通过计算激光发射到接收之间的时间差或相位差，来换算被测物的相对距离。TOF测距法原理图课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.2按工作原理分类五、激光雷达的类型1、测距3）FCMW测距法激光束击中障碍物被反射，反射会影响光的频率，当反射光返回到检测器，与发射时的频率相比，就能测量两种频率之间的差值，与距离成比例，从而计算出物体的位置信息。FCMW测距法原理图课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.2按工作原理分类五、激光雷达的类型1、测距三种不同测距方法优劣对比如下：类型优点缺点三角测距技术难度低，成本低，近距离测距精度高远距离测距精度差，抗环境干扰能力弱TOF测距原理简单，技术成熟，有效探测距离远受其他激光及复杂环境干扰严重FCMW测距具有较高的分辨率、抗干扰能力强技术方案较前沿，成熟产品少课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.2按工作原理分类五、激光雷达的类型

课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.3按结构分类五、激光雷达的类型1、机械激光雷达机械激光雷达在竖直方向上排布多组激光器，旋转体带动激光器旋转，将激光器发射的激光束呈不同角度向外发射，实现垂直角度的覆盖，将速度更快、发射更准的激光从“线”变成“面”，实现水平角度360度的全覆盖，达到动态扫描并动态接收信息的目的。机械激光雷达结构图课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.3按结构分类五、激光雷达的类型1、机械激光雷达优点：①技术成熟，具有稳定的供应链。②扫描速度快。③可实现360°扫描。缺点：①可量产性差②价格贵③不易通过车规④造型不易于集成到车体。课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.3按结构分类五、激光雷达的类型2、混合固态激光雷达混合固态激光雷达用“微动”器件来代替宏观机械式扫描器，在微观尺度上实现雷达发射端的激光扫描。激光收发模块是不运动，只有扫描模块在在做机械运动。按扫描模块的运动方式划分，混合固态又分为MEMS微振镜、转镜和棱镜三种。混合固态激光雷达MEMS微振镜激光雷达转镜激光雷达棱镜激光雷达课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.3按结构分类五、激光雷达的类型2、混合固态激光雷达1）MEMS微振镜激光雷达MEMS微振镜激光雷达通过MEMS微振镜代替传统的机械式旋转装置来进行激光束偏转，形成较广的扫射角度和较大的扫射范围。MEMS微振镜是内部集成了“可动”的微型镜面。MEMS微振镜激光雷达原理图课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.3按结构分类五、激光雷达的类型2、混合固态激光雷达1）MEMS微振镜激光雷达优点：①稳定性高。②可以有效地降低成本。缺点：①FOV小，大视场角需要多子视场拼接，对点云拼接算法和点云稳定度要求都较高。②难以进行远距离探测。③硅基MEMS的悬臂梁结构脆弱，容易断裂。课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.3按结构分类五、激光雷达的类型2、混合固态激光雷达2）转镜激光雷达转镜激光雷达保持收发模块不动，电机带动反射镜面围绕圆心不断旋转，将光束反射至空间的一定范围，被物体反射的光经光学系统被接收单元接收。从而实现扫描探测。法雷奥第一代

Scala转镜激光雷达内部结构图课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.3按结构分类五、激光雷达的类型2、混合固态激光雷达2）转镜激光雷达优点：①可靠度高、寿命长。②容易过车规认证。缺点：①扫描线数少，扫描角度不能达到360度。②信噪比低，有效距离短。

课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.3按结构分类五、激光雷达的类型2、混合固态激光雷达3）棱镜激光雷达也称为双楔形棱镜激光雷达，内部包括两个楔形棱镜，收发模块的脉冲二极管激光器发射出激光，通过反射镜和凸透镜变成平行光，控制两面棱镜的相对转速使激光发生两次偏转来控制激光束的扫描形态。激光打到物体上，反射后从原光路回来，被光电探测器接收。Livox棱镜激光雷达的工作原理示意图课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.3按结构分类五、激光雷达的类型2、混合固态激光雷达3）棱镜激光雷达优点：①可达到近100％的视场覆盖率。②与MEMS微振镜激光雷达相比，探测距离较远。③成本相对于机械雷达较低。缺点：①单个雷达的视场角较小，视场覆盖率取决于积分时间。②需要算法适配。课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.3按结构分类五、激光雷达的类型3、固态激光雷达1）Flash激光雷达Flash激光雷达不存在机械扫描过程，它在短时间内向前方发射大面积的激光，每个像素点可记录光子飞行时间。由于物体具有三维空间属性，照射到物体不同部位的光具有不同的飞行时间，通过高灵敏度的焦平面探测器阵列对回波信号进行收集，最后输出为具有深度信息的“三维”图像。Flash激光雷达结构Flash激光雷达的工作原理示意图课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.3按结构分类五、激光雷达的类型3、固态激光雷达1）Flash激光雷达优点：①一次性实现全局成像来完成探测，无需考虑运动补偿。②成像速度快。③集成度高，体积小。④芯片级工艺，适合量产。符合车规。缺点：①探测距离近。②功率容易造成浪费，影响探测精度。③抗干扰能力差。课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.3按结构分类五、激光雷达的类型3、固态激光雷达2）OPA激光雷达OPA运用的是相干原理，采用多个光源组成阵列，通过调节发射阵列中每个发射单元的相位差，来控制输出的激光束的方向。OPA激光雷达工作原理示意图光学相控阵原理课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标5.3按结构分类五、激光雷达的类型3、固态激光雷达1）OPA激光雷达优点：①体积小，易于过车规。②扫描速度快。③精度高。④可控性好。缺点：①易形成旁瓣，影响光束作用距离和角分辨率。②加工难度高。③探测距离很难做到很远。课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标6.13D建模进行环境感知六、激光雷达的应用激光雷达可进行障碍物的检测和跟踪、障碍物分类及路沿和可行区域监测。障碍物的检测、跟踪及分类路沿和可行区域监测课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标6.13D建模进行环境感知六、激光雷达的应用在变道辅助和车道偏离警告场景下，激光雷达必须清楚的识别道路的分界线，路标及在己方附近各个路线上行驶的车辆及行人。虽然激光雷达能够扫描并建立道路边界线的三维成像，但由于各种因素的干扰，识别精度并不高。针对这一问题，通常有两种解决方案：解决方案和摄像头一起建立更精确（富有更多色彩识别）的三维图像通过机器的深度学习，实现精准的变道辅助及车道偏离警告课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标六、激光雷达的应用GPSIMU（加速度、角速度）GPS（经纬度）编码器（轮速）激光雷达（点云数据）高精度地图（包含特征信息）GPS预测的全局位置GPS实时特征提取GPS特征匹配GPS准确的全局位置6.2基于激光雷达的定位基于激光雷达的定位是对传感器融合的方式。包括GPS、IMU、编码器、激光雷达、高精地图。课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标七、激光雷达的优点课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标八、激光雷达的缺点课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激光雷达的发展历程激光雷达系统的构成激光雷达的类型激光雷达的优点激光雷达的缺点激光雷达的性能指标九、激光雷达的性能指标激光雷达型号测量距离LivoxAvia190m@10%260m

@20%450m@80%得出规律：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。课程导入激光雷达的应用总结激光雷达的概念激