激光雷达对于自动驾驶汽车感知技术的应用

　　对自动驾驶汽车日益增长的兴趣刺激了激光雷达技术的重大发展。这些3D激光雷达传感器因其通过激光脉冲测量距离的准确环境感知而受到高度重视，因此已成为自主运输不可或缺的安全组件。因此，移动部门对它们的需求很大，并且对该技术的进一步发展有很大兴趣

　　在这种兴趣激增之前，激光雷达已经使用了几年，主要用于研究、制图和空间分析。然而，早期的设备价格昂贵，通常体积庞大，并且需要经常维护。技术进步现在已经使它们更强大、维护更少、成本更低、用户友好，即使对于没有专业3D数据分析专业知识的个人也是如此。

　　这种转变使激光雷达吸引了越来越多的行业，带来了新的应用领域。举例说明：

　　基于激光雷达的体积监测解决方案生成散装材料库存的数据，这些数据在以前使用替代方法难以收集。这些解决方案将实时数据自动集成到库存管理系统中，有助于提高农业、建筑和回收等行业的流程效率。

　　在安全系统领域，激光雷达传感器在入侵检测方面表现出色，提供了无与伦比的可靠性，并显著降低了误报率。因此，它们是保护关键基础设施和确保对要求高安全性的物体（如发电厂和机场）提供最佳保护的理想选择。

　　激光雷达有助于人群管理，匿名跟踪人群运动模式。例如，旅游目的地采用激光雷达技术来监测游客数量，并在一个地区接近超额容量时通过移动应用程序提供实时替代目的地建议，从而缓解拥堵。

　　什么是激光雷达？

　　激光雷达是“光探测和测距”的缩写，其工作原理是利用激光束进行距离测量。早期的3D激光雷达传感器，如第一辆自主测试车辆上所见，被称为旋转激光雷达。这些设备的特点是体积庞大的组件安装在车顶上，通过机械旋转来获取环境数据。这些早期的迭代是昂贵的，并且由于它们的移动部件而需要定期维护。

　　为了缓解这些缺点，Blickfeld等公司采用了固态激光雷达技术，消除了对机械部件的需求。这一进步带来了更可靠、更小、更具成本效益的传感器。

　　在固态扫描激光雷达中，激光二极管每秒钟向MEMS反射镜（微机电系统）发射数十万个激光脉冲，这些反射镜以各自的频率振动。这些MEMS反射镜被精确定位，以锥形偏转激光束，而没有机械磨损。由于在微型传感器生产方面的成熟发展，这些元件可以可靠和廉价地大量生产。

　　发射的光脉冲在它们的路径上被物体反弹，并被传感器再次捕获。通过测量光传播距离所需的时间，激光雷达可以计算出传感器和检测到的物体之间的精确距离（飞行时间原理）。这个过程能够创建周围环境的高度精确的3D表示（所谓的点云）。

　　本质上，该技术的工作原理类似于雷达，雷达使用电磁波测量距离和速度，当它遇到金属表面时特别可靠，但遇到其他材料时就不那么可靠了。一般来说，雷达提供的细节比激光雷达少。3D激光雷达可以非常精确地捕捉物体的空间位置和形状，高度独立于它们的表面材料。

　　3D成像之路

　　各种激光雷达传感器的功能取决于它们的视野，从而决定了它们可以收集的信息量：

　　1D激光雷达：涉及使用一个单一的激光脉冲指向一个方向，允许在特定点的距离测量。这项技术适用于收费亭之类的应用，但它无法洞察物体的类型、大小或形状。

　　2D激光雷达：利用水平旋转的激光脉冲来测量距离和运动方向，通过分析反射点和距离来提供关于物体形状的附加信息。2D激光雷达传感器广泛应用于工业自动化和机器人领域。然而，物体只能在传感器平面的高度被探测到，排除了精确的尺寸评估。例如，当在警报系统中使用膝盖高的物体时，相对较小的动物会触发警报，导致频繁的错误警报。升高观察平面可能会让人类通过爬行或蹲伏来躲避探测。

　　3D激光雷达：通过水平和垂直旋转激光脉冲，创建了一个锥形视野，使激光雷达传感器能够捕捉三维空间数据。这第三维度对于获得周围环境的精确空间表示、在许多应用领域贡献有价值的数据以及打开全新的可能性是至关重要的。为了保持在报警系统的范围内，3D激光雷达确保检测到对安全区域的每一次入侵，并确定入侵对象的大小。在软件中，可以根据对象大小设置触发警报的阈值，从而显著减少错误警报和未经授权的入侵。

在安全应用中，激光雷达用户可以定义区域，在这些区域中，任何入侵都可以被可靠地检测到，并且误报率非常低。（图片：Blickfeld）

　　图像识别与激光雷达

　　3D激光雷达传感器提供直接的距离信息，而相机主要捕捉光线和颜色细节，但不测量空间信息。这些直接测量的距离值提供了显著的优势。尽管现代人工智能支持的软件可以从相机数据中获取3D信息，但3D激光雷达可以直接、更快、更精确地提供空间信息。这对于依靠精确距离测量来安全导航和避免碰撞的自动驾驶汽车和无人机来说尤其有益。

　　下一层：智能激光雷达

智能激光雷达Qb2以绝对值的形式提供结果，但也可以根据请求输出点云。（图片：Blickfeld）

　　智能激光雷达传感器需要先进的光学和电子硬件组件，以及用于分析收集数据的功能强大的软件。在大多数情况下，来自传感器的3D数据被传输到外部计算机，在那里感知软件被用于分析。

　　然而，Blickfeld通过开发Qb2简化了这一过程，Qb2是一种集成了所有必要数据分析软件的激光雷达传感器。基本上，传感器的“眼睛”和“大脑”现在都在一个设备中，便于立即访问可用数据，而不需要额外的计算机硬件或网络附件。这使得更广泛的受众可以访问3D数据，甚至是那些没有专业3D数据分析技能的受众。

　　由此产生的信息可以使用MQTT和API等标准通信协议直接无缝传输到物联网生态系统或云。这允许全球员工实时访问结果，在平板电脑或智能手机上的标准网络浏览器中轻松查看。此外，由于只需要传输少量数据，因此通过Wi-Fi传输是可行的，进一步减少了电缆需求。这在具有多个传感器的系统中尤其有利，例如那些通常用于监控大量散装材料库存的系统，显著简化了安装和操作。

　　激光雷达可以帮助传统行业数字化

　　采用3D激光雷达技术的企业能够立即认识到其优势，由于精确的实时信息，这可以导致数字化和更有效的流程。因此，3D激光雷达有可能显著提高各行业供应链的数字化水平，并在解决以前成本高昂、劳动密集型或可能无法实现的特定任务方面发挥关键作用。将软件集成到设备中使几乎任何人都能从3D数据中受益，即使没有专业知识。