成像激光雷达中的扫描方案
星载成像激光雷达成像扫描系统研究
较均匀且技术较为成熟￣ ４ － ５ ］ ０ 在高速扫描系统中得到广泛应用 ，
Ｒ ｉ ｅ ｇ ｌ 公司 的成像激 光雷达 多采用此 种扫描 方式 。其 缺点 主要
有 ：扫描线性 范 围小 、加工 工艺复杂 。 １ ． ２ ． ２振镜 扫描 。振镜 属于小 惯量扫 描器 ，它 由反射 镜 、
受制 于探 测器 限制 ，传统 的成 像激 光雷达 多采 用扫 描成像 方
出力 。 传 统 的压 电光学 扫描器 采用压 电陶瓷驱 动器直接 驱动 ， 扫描器 频率较 高 。但 由于压 电陶瓷驱动位 移小 ，扫描 角度小 ，
而且存 在迟滞 特性 ，限制 了其应用领 域 。
１ ． ２机 械 式 扫描
振 镜 扫 描 是 比较 成 熟 的 扫 描 系 统 ，Ｌ ｅ ｉ ｃ ａ 、Ｏ ｐ ｔ ｅ ｃ ｈ和
目前常 用扫 描系统 分为 机械式 和非 机械式 两大 类 。非 机 械 式 扫描 主要 包括 ：电光 扫描 、声 光扫 描 、压 电扫 描 。机 械 式 扫 描主 要包 括 ：转镜 扫描 、振镜 扫描 、４ ５ 。 反射 镜扫 描 、 旋 转光 楔 扫描 、全息 光栅 扫描 、光纤 扫描 。机 械式 扫描 系统
一
李 辰
前 言
成像 激光 雷达 以激光 为辐射 源 ，通 过对 目标进 行照射 并 探测 回波 信号 ，主 动获取 目标 空 间信息 和物理 信息 。它具 有 垂 直 分辨 率高 、抗 干扰能 力强 ，可 以同时 获取 目标 的距离 像 和强度 像 ，具 有被动光 学遥感 无法替 代 的作 用 。 成像激 光雷 达按工 作模 式可分 为扫 描成像 和非 扫描成 像 激 光雷 达 。 非 扫描成像 系统适用 于面 阵探测器 和线 阵探测器 ，
基于线状阵列扫描的激光雷达快速三维成像
基于线状阵列扫描的激光雷达快速三维成像。
激光雷达在三维成像领域具有重要的应用，它通过激光束扫描目标物体来获取其三维表面信息。
传统的激光雷达系统在三维成像时需要进行全息扫描，这种方式虽然能够获得高精度的三维信息，但是扫描速度较慢，对实时应用有一定的限制。
基于线状阵列扫描的激光雷达则能够实现快速的三维成像，本文将重点介绍该技术的原理、优势及应用。
一、原理基于线状阵列扫描的激光雷达通过在垂直方向上安装一排光电探测器，然后通过控制激光束在水平方向上进行快速扫描，最终实现对目标物体的三维成像。
具体原理如下：1. 光电探测器阵列在垂直方向上安排一排光电探测器，通常是由几十甚至上百个探测器组成。
这些探测器在接收激光束照射后会测量激光反射的时间和强度，从而获取目标物体的三维表面信息。
2. 激光束扫描利用控制系统控制激光束在水平方向上进行快速扫描，通常采用微型扫描镜或者旋转棱镜等设备来实现。
激光束扫描的速度通常可以达到几千次/秒，从而实现了快速的成像速度。
3. 数据融合在光电探测器阵列接收到激光反射的信号后，通过对这些数据进行融合处理，可以获得目标物体的三维表面信息。
通过各个探测器接收到的激光反射信号的时间和强度信息，可以计算出目标物体在空间中的位置和形状，从而实现快速的三维成像。
二、优势基于线状阵列扫描的激光雷达具有以下几点优势：1. 快速成像相比传统的全息扫描方式，线状阵列扫描能够实现快速的三维成像，成像速度通常可以达到每秒数百次，甚至上千次，适用于对目标物体进行实时监测和测量的应用。
2. 高分辨率借助大量的光电探测器和快速扫描的激光束，线状阵列扫描能够获得高分辨率的三维成像结果，对于细节要求较高的应用有很好的效果。
3. 省能耗由于激光束只在水平方向上进行扫描，相比全息扫描方式省去了大量的能量和时间，因此能够有效节省能耗和提高系统的稳定性和寿命。
三、应用基于线状阵列扫描的激光雷达在工业、军事、自动驾驶等领域具有广泛的应用前景，如下所示：1. 工业领域在工业生产中，可以利用线状阵列扫描的激光雷达进行快速的三维测量和成像，用于产品的质量检测、表面缺陷检测等方面。
如何利用激光雷达进行三维扫描测量
如何利用激光雷达进行三维扫描测量激光雷达（Lidar，Light Detection and Ranging）是一种利用激光技术进行三维空间扫描测量的高精度设备。
它在各个领域有着广泛应用，如地质勘探、航空航天、自动驾驶等。
本文将探讨如何利用激光雷达进行三维扫描测量的一些基本原理、应用案例和技术发展趋势。
首先，我们来介绍一下激光雷达的基本原理。
激光雷达通过发射一束激光束，并在触碰到物体后接收回波来测量物体的距离和形状。
它使用的激光通常是红外线激光，可以帮助消除光的散射和干扰。
激光雷达将发射出的激光束在空间内扩散成一个锥形，当它遇到物体时，一部分激光被物体表面反射回来，激光雷达通过测量回波的时间差来计算物体的距离。
同时，激光雷达还可以通过测量多个位置的回波来获取物体的形状和表面特征。
激光雷达的应用非常广泛。
在地质勘探方面，激光雷达可以用来测量地形、建筑物和其他地貌特征的形状和高度。
它可以提供准确的地形数据，帮助地理勘探人员制作地图、规划工程和预测自然灾害。
在航空航天领域，激光雷达被用来制作高精度的地形模型，帮助飞行器进行导航和避免障碍物。
此外，激光雷达还被广泛应用于自动驾驶领域，用于障碍物检测和环境感知。
随着科技的进步，激光雷达的技术不断发展。
一方面，激光雷达的体积和重量逐渐减小，传感器的分辨率和精度也得到了提高。
这使得激光雷达可以更加方便地集成到各种设备中，如无人机、机器人和移动设备，进一步扩展了它的应用范围。
另一方面，激光雷达的成本也在逐渐降低，这意味着更多的用户和行业可以从中受益。
这种趋势预示着激光雷达在未来会得到更广泛的应用和发展。
除了上述的应用领域，激光雷达还有很多其他的应用案例。
比如，在文化遗产保护方面，激光雷达可以用来进行三维扫描和建模，帮助保存和研究古建筑、艺术品和文物。
在医疗领域，激光雷达可以用于人体形状测量、手术规划和仿真训练。
此外，激光雷达还可以应用于军事和安全领域，用于情报收集、目标定位和场景重建等。
《激光雷达单轴二维扫描系统的设计》
《激光雷达单轴二维扫描系统的设计》一、引言激光雷达技术在现代科技领域中扮演着越来越重要的角色，其高精度、高效率的特性使其在自动驾驶、无人机、三维测量等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍激光雷达单轴二维扫描系统的设计，包括系统架构、关键技术、性能指标及其实验验证等方面。
二、系统架构设计激光雷达单轴二维扫描系统主要由激光发射器、接收器、扫描机构、数据处理单元等部分组成。
其中，激光发射器负责发射激光束，接收器负责接收反射回来的激光信号，扫描机构实现激光束的二维扫描，数据处理单元则负责处理扫描得到的数据，生成三维点云图像。
在系统架构设计上，我们采用了单轴扫描方式，通过控制扫描机构的旋转角度，实现激光束在水平方向上的扫描。
同时，通过调整激光发射器的发射角度和功率，以及接收器的灵敏度和带宽，实现对不同距离和反射面的精确测量。
三、关键技术分析1. 激光发射与接收技术激光发射与接收技术是激光雷达系统的核心技术之一。
我们采用了高功率、高稳定性的激光器作为发射器，以保证激光束的远距离传播和高精度测量。
同时，采用高灵敏度、低噪声的接收器，以提高信号的信噪比和抗干扰能力。
2. 扫描机构设计扫描机构是实现激光束二维扫描的关键部件。
我们采用了高精度的电机驱动系统，通过控制电机的旋转角度和速度，实现激光束的精确扫描。
同时，考虑到系统的稳定性和耐用性，我们还对扫描机构进行了优化设计，以提高其工作寿命和可靠性。
3. 数据处理与算法数据处理与算法是激光雷达系统的另一个重要组成部分。
我们采用了先进的信号处理算法和图像处理技术，对扫描得到的数据进行处理和分析，生成高精度的三维点云图像。
同时，我们还开发了数据可视化软件，方便用户对数据进行查看和分析。
四、性能指标激光雷达单轴二维扫描系统的性能指标主要包括扫描范围、扫描速度、测量精度等。
我们的系统具有较大的扫描范围和较高的扫描速度，可实现对较大范围的目标进行快速扫描。
同时，我们的系统还具有较高的测量精度和稳定性，可满足不同应用场景的需求。
激光雷达扫描方式【详解】
激光雷达作为一种主动遥感探测技术和工具已有近60年的历史，目前广泛用于地球科学和气象学、物理学和天文学、生物学与生态保持、军事等领域。
其中，传统意义上的激光雷达主要用于陆地植被监测、激光大气传输、精细气象探测、气候预测、海洋环境监测等。
随着激光器技术、精细分光技术、光电检测技术和计算机控制技术的飞速发展，激光雷达在遥感探测的高度、空间分辨率、时间上的连续监测和测量精度等方面具有独到的优势。
尤其在大气探测方面取得显著发展，对各种参数的测量空间覆盖高度已经可以实现从地面到120km的高度，其应用前景得到普遍的关注。
激光雷达按扫描方式分类:1、MEMS型激光雷达MEMS 型激光雷达可以动态调整自己的扫描模式，以此来聚焦特殊物体，采集更远更小物体的细节信息并对其进行识别，这是传统机械激光雷达无法实现的。
MEMS整套系统只需一个很小的反射镜就能引导固定的激光束射向不同方向。
由于反射镜很小，因此其惯性力矩并不大，可以快速移动，速度快到可以在不到一秒时间里跟踪到2D 扫描模式。
2、Flash型激光雷达Flash型激光雷达能快速记录整个场景，避免了扫描过程中目标或激光雷达移动带来的各种麻烦，它运行起来比较像摄像头。
激光束会直接向各个方向漫射，因此只要一次快闪就能照亮整个场景。
随后，系统会利用微型传感器阵列采集不同方向反射回来的激光束。
Flash LiDAR有它的优势，当然也存在一定的缺陷。
当像素越大，需要处理的信号就会越多，如果将海量像素塞进光电探测器，必然会带来各种干扰，其结果就是精度的下降。
3、相控阵激光雷达相控阵激光雷达搭载的一排发射器可以通过调整信号的相对相位来改变激光束的发射方向。
目前大多数相控阵激光雷达还在实验室里呆着，而现在仍停留在旋转式或MEMS 激光雷达的时代，4、机械旋转式激光雷达机械旋转式激光雷达是发展比较早的激光雷达，目前技术比较成熟，但机械旋转式激光雷达系统结构十分复杂，且各核心组件价格也都颇为昂贵，其中主要包括激光器、扫描器、光学组件、光电探测器、接收IC以及位置和导航器件等。
扫描成像跟踪激光雷达
第 ３期
中 国光 学
Ｃｈ ｎ ｓ ｔｃ ｉ ｅ ｅ Ｏｐ ｉ ｓ
Ｖｏ１５ Ｎｏ ３ ． ．
２１ ０ ２年 ６月
Ｊ ｎ ０ ２ ｕ ｅ２ １
文章编号
１７ —９ ５ ２ １ ）３０ ４ －６ ６４２ １ （ ０２ ０ －２ ２０
扫 描 成 像 跟 踪 激 光 雷 达
屈恒阔 张清源， ， 阮友田
ｍｅ ｉｎ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｃ ｎｎ ｎ ｆｌｓ ｒｂ ａ ． Ｉ ｕ ｅ ｈ ｓ ｉｔ ｎ ｅ，ｄｉ ｅ ｅ ｅ ｏ ｚｍ ｕ ｈ ａ ｈ ｔｈ ｎｓ０ ｃ ａ ｉａｌ ｓ ａ ｉ ｇ ｏ ａ ｅ ｅ ｍ ｙ ｔ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍｉｓ ｄ ｓａ ｃ ｆ ｒ ｎｃ ｆａ ｉ ｔ ｎｄ ｔ ｅ ｐｉ ｆ ｃ ｂ ｔ ｅ ｈ ｅ ｔｒｏ ｖｎ ａ ｇ ｔａ ｄ ｔ ｅｄ ｏ ｉｗ ｆｓ ａ ｎ ｎ ｏ ｄ ｉｅ ｔ ｅ ｓ ｒ ｏ ｍｅ ｈａ ｉｍ ｏ ｋ ｅ ｈ ｅｗｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎｅ ｆｍｏ ｉ ｇ ｔｒ ｅ ｎ ｈｅｆ ｌ ｆｖｅ ｏ ｃ ｎ ｉ ｇ ｔ ｒｖ ｈ ｅｖ ｃ ｎ ｓ ｔ ｅ ｐ ｔ ｅ ｉ
关 键 词 ： 光 雷达 ； 描 成 像 ； 激 扫 自主 跟踪 ； 图像 处 理
中 图 分 类 号 ：Ｎ ５ ．８ Ｔ ９ ８９
文 献 标 识 码 ： Ａ
ｄｉ１ ．７ ８ Ｃ ２ １０ ０ ．２２ ｏ：０ ３ ８／ Ｏ．０ ２ ５ ３０ ４
Ｌａ ｅ ａ ａ ｓ ｄ ｏ ｃ ｎ ｉ ｇ ｉ ａ ｅ ｔ ａ ｋ ｎ ｓ ｒ ｒ ｄ ｒ ｂａ ｅ ｎ ｓ ａ ｎ ｎ ｍ ｇ ｒ ｃ ｉ ｇ
ｒｓｅｔ ｅ ． ｎ ｅａ ｉｔ ｏ ａｋｎ ｅ ｅ ａ ＿ （ ） ｓ ｈ ｙｔ ｃ ｉ ｅ ｅｓｓ ｍ ｍｉｉ ｕｉ ｅｐｃｉ ｌ ａｄｔ ｂｌｙ ｆ ｒｃｉｇｉ ｂ ｔ ｒ ｈ ｎ１２ 。 ／ ．Ｔ ｅｓｓ ｍ ａｈｅ ｓ ｈ ｙｔ ｎａ ｒ ａ ｖｙ ｈ ｉ ｔ ｓ ｔ ｔ ｅ ｖ ｔ ｅ ｔ ｚ
激光雷达激光器的扫描方式
激光雷达激光器的扫描方式激光雷达激光器的扫描方式目前市场上的脉冲式激光器有四种扫描方式1.振荡（或钟摆）式（Oscillating Mirror）2.旋转棱镜式(Rotating Polygon)3.章动（或Palmer）式(Nutating Mirror,or Palmer Scan)4.光纤扫描式（Fiber Switch）钟摆扫描方式原理：光直接入射到反射平面镜上，每一个钟摆周期在地面上生成一个周期性的线性图案，Zig-Zag型，或称为之字形。
生产厂家：Optech和徕卡公司钟摆扫描时，反射镜面需要在一秒内振荡数百次，同时要不断地、循环地从一端开始启动，加速、达到钟摆的最低点后，减少，知道速度为零，到达钟摆的另一端。
因此它的扫描方向是左右两个方向的。
优点：1.对于扫描视窗角（FOV），扫描速度有多种选择，使得地面的覆盖宽度和激光点密度的选择有较多的机会；2.大的光窗数值孔径；3.较高的接受信号比。
弱点：1.由于在一个周期内，不断地经历了加速、减速等步骤，因此，所输出的激光点的密度是不均匀的。
这种不均匀性在扫描角度很小（如+-2°）时，因为过程短，并不显著；当扫描角逐渐增大，大到+-4°时，不均匀性会越来越显著；2.由于反射镜的加速/减速，造成了激光点的排练一般是在钟摆的两端密，中间疏。
而中间的数据是更受关注的。
由于在钟摆的两端，镜面的摆动速度较低或停止，并扫描两次，因此所得的数据精度差，需要剔除，约占总数据的10%，如扫描角为+-22.5°，只选取+-20°；3.由于不断地变化速度，造成了机械的磨损，使得IMU的配置发生了漂移，依次每一次飞行前都需要进行“boresight”检校飞行；4.消耗更多的功率。
旋转棱镜式扫描原理：激光入射到连续旋转的多棱镜的表面上，经反射在地面上形成一条条连续的、平行的扫描线。
激光器生产厂家:Riegl激光雷达生产厂家：IGI,TopoSys,FliMap,iMAR,Fugro/Chance 优点：1.需要的功率小；2.棱镜旋转的角速度不变，使得激光点的密度均匀，尤其是沿飞机飞行的方向的线间距完全相同。
基于线状阵列扫描的激光雷达快速三维成像
基于线状阵列扫描的激光雷达快速三维成像激光雷达是一种可以快速获取目标物体空间坐标和图像信息的高精度传感器。
近年来，由于其在自动驾驶、智能物流等领域的广泛应用和需求，使得快速、高精度的激光雷达成像技术成为了最热门的研究方向之一。
本文旨在介绍一种基于线状阵列扫描的激光雷达快速三维成像技术。
激光雷达通过发射激光束并测量其返回时间和幅度来获取目标物体的距离和反射强度信息。
现有的激光雷达大多采用旋转式扫描模式，旋转角度为360度，每一度都需要进行多次激光束扫描，扫描完成后再进行数据融合和三维成像，这种方法虽然可以获得高精度的三维成像结果，但是扫描速度较慢，适用范围较窄（如车载激光雷达）。
另一种扫描模式是线状阵列扫描，该方法通过固定激光雷达的位置和方向，采用线状阵列进行扫描。
线状阵列由若干个激光发射器和接收器排列成一行，沿着目标物体运动方向扫描。
每个激光发射器和接收器对应一条扫描线进行激光束的发射和接收，可以同时获取多条扫描线数据。
与旋转式扫描相比，线状阵列扫描具有以下优点：1. 扫描速度更快。
由于激光雷达可以直接采集到多条扫描线上的数据，因此扫描速度大幅提升。
2. 重叠度更高。
采用线状阵列扫描，有效地提高了激光雷达数据的采集精度和质量，不同线之间的数据可以互相融合，重叠度更高，可以获取更为精细的三维成像结果。
3. 适用范围更广。
线状阵列扫描可以适用于不同场景下的激光雷达成像应用，比如车载激光雷达、建筑物立面三维成像等。
（1）采集数据。
利用线状阵列扫描，同时采集多条扫描线数据，获取目标物体的距离和反射强度信息。
（2）数据预处理。
对采集到的数据进行去噪和滤波等预处理操作，提高数据质量和精度。
（3）点云生成。
通过数据处理和配准，将所有采集到的点云数据转化为三维点云模型。
（4）三维重建。
利用点云数据进行三维重建，生成目标物体的三维模型。
（5）结果可视化。
最后将三维模型进行可视化处理，通过VR、AR等技术实现三维成像结果的可视化展示。