當三維點較為稠密的時候,可以像視覺一樣提取特征點和其周圍的描述子,主要通過選擇幾何屬性(如法線和曲率)比較有區分度的點,在計算其局部鄰域的幾何屬性的統計得到關鍵點的描述子,而當處理目前市面上的激光雷達得到的單幀點云數據時,由于點云較為稀疏,主要依靠每個激光器在掃描時得到的環線根據曲率得到特征點。而有了兩幀點云的數據根據配準得到了相對位姿變換關系后,我們便可以利用激光雷達傳感器獲得的數據來估計載體物體的位姿隨時間的變化而改變的關系。比如我們可以利用當前幀和上一幀數據進行匹配,或者當前幀和累計堆疊出來的子地圖進行匹配,得到位姿變換關系,從而實現里程計的作用。電力巡檢時激光雷達識別線路故障,提高巡檢精度。上海覓道Mid-360激光雷達渠道
激光雷達的工作原理:對人畜無害的紅外光束Light Pluses發射、反射和接收來探測物體。能探測的對象:白天或黑夜下的特定物體與車之間的距離。甚至由于反射度的不同,車道線和路面也是可以區分開來的。哪些物體無法探測:光束無法探測到被遮擋的物體。車用激光雷達工作原理就是蝙蝠測距用的回波時間(Time of Flight,縮寫為TOF)測量方法。分析目標物體表面的反射能量大小、反射波譜的幅度、頻率和相位等信息,輸出點云,從而呈現出目標物精確的三維結構信息。安徽國產激光雷達抗室外強光達 70 米 @80% 反射率,覽沃 Mid - 360 適應多種光照條件。
LiDAR的結構。激光雷達主要包括激光發射、接收、掃描器、透鏡天線和信號處理電路組成。激光發射部分主要有兩種,一種是激光二極管,通常有硅和砷化鎵兩種基底材料,再有一種就是目前非常火熱的垂直腔面發射(VCSEL)(比如 iPhone 上的 LiDAR),VCSEL 的優點是價格低廉,體積極小,功耗極低,缺點是有效距離比較短,需要多級放大才能達到車用的有效距離。激光雷達主要應用了激光測距的原理,而如何制造合適的結構使得傳感器能向多個方向發射激光束,如何測量激光往返的時間,這便區分出了不同的激光雷達的結構。
激光光源,由于激光器發射的光線需要投射至整個FOV平面區域內,除了面光源可以直接發射整面光線外,點光源則需要做二維掃描覆蓋整個FOV區域,線光源需要做一維掃描覆蓋整個FOV區域。其中點光源根據光源發射的形式又可以分為EEL(Edge-Emitting Laser邊發射激光器)和VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser垂直腔面發射激光器)兩種,二者區別在于EEL激光平行于襯底表面發出(如圖1),VCSEL激光垂直于襯底表面發出(如圖2)。其中VCSEL式易于進行芯片式陣列布置,通常使用此類光源進行陣列式布置形成線光源(一維陣列)或面光源(二維陣列),VCSEL光源剖面圖與二維陣列光源芯片示意圖如下Mid - 360 以 360°x59° 超廣 FOV,增強移動機器人復雜環境感知力。
應用層面,目前暫無車規級量產案例,OPA方案的表示企業為Quanergy。2021年8月,Quanergy對其OPA固達態激光雷達S3系列完成駕駛實測演示。測試結果顯示,S3系列固態激光雷達可以提供超過10萬小時的平均無故障時間(MTBF),在全光照下實現100米的探測性能,大規模量產后的目標價格為500美元。由于結構簡單,Flash閃光激光雷達是目前純固態激光雷達較主流的技術方案。但是由于短時間內發射大面積的激光,因此在探測精度和探測距離上會受到較大的影響,主要用于較低速的無人駕駛車輛,例如無人外賣車、無人物流車等,對探測距離要求較低的自動駕駛解決方案中。激光雷達通過發射激光束,精確測量目標距離,是自動駕駛的關鍵傳感器。遼寧自動駕駛激光雷達
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LiDAR的數據,三維點,對于旋轉式激光雷達來說,得到的三維點便是一個很好的極坐標系下的多個點的觀測,包含激光發射器的垂直俯仰角,發射器的水平旋轉角度,根據激光回波時間計算得到的距離。但 LiDAR 通常會輸出笛卡爾坐標系下的觀測值,頭一是因為 LiDAR 在極坐標系下測量效率高,也只是對于旋轉式 LiDAR,目前陣列式 LiDAR 也有很多。第二笛卡爾坐標系更加直觀,投影和旋轉平移更加簡潔,求解法向量,曲率,頂點等特征計算量小,點云的索引及搜索都更加高效。對于 MEMS 式激光雷達,由于一次采樣周期為一個偏振鏡旋轉周期,10hz 下采樣周期為 0.1 秒,但由于載體本身在進行高速移動時,我們需要對得到的數據進行消除運動畸變,來補償采樣周期內的運動。上海覓道Mid-360激光雷達渠道