激光雷达简介
激光雷达与应用范文
激光雷达与应用范文
一、激光雷达的简介
激光雷达（Lidar），也称为激光探测和测距雷达，是一种利用激光雷达技术来检测静态或动态物体的远距离测量技术。
它的工作原理是：当激光射出时，光束会反射到离开它的物体上，然后探测器会检测到反射回来的信号，并据此测量距离。
此外，由于激光雷达能够监测到传播激光束的运动轨迹，因此它还可以用于对动态物体进行高精度测量。
激光雷达的主要优点是它的高精度、快速反应能力和精确度高。
它主要可以应用于航空航天、自动驾驶、环境监测等领域。
具体的应用有：
1.计算机视觉：激光雷达可以用于构建三维立体图像，用于计算机视觉、机器人导航和其他机器人视觉系统的深度测量;
2.三维地形测量：激光雷达可以快速准确地测量出地形地物的三维位置，用于环境监测、建筑测量和人类对大自然环境的了解；
3.激光测距：激光雷达的应用可以用于高精度测量，如测量建筑物的距离、长度和海拔高度等；
4.天气监测：激光雷达可以用于雾、云、风速、降水量、气温等环境因素的监测，为气象研究和预报提供重要依据；。
《激光雷达简介》课件
测量范围越大，激光雷达的 探测距离就越远
测量范围越小，激光雷达的 探测精度就越高
激光雷达的分辨率是指其能够分辨的最小距离或角度 分辨率越高，激光雷达的精度和探测距离就越高 分辨率受激光雷达的硬件和软件设计影响 分辨率是衡量激光雷达性能的重要指标之一
扫描速率是指激光雷达在一定时间内能够扫描的频率 扫描速率越高，激光雷达的探测范围越广 扫描速率与激光雷达的硬件性能和算法有关 扫描速率是衡量激光雷达性能的重要指标之一
发射激光：激光雷 达发射激光束，形 成光束
接收反射：激光遇 到物体后反射，被 激光雷达接收
计算距离：通过计 算发射和接收的时 间差，计算出物体 与激光雷达的距离
生成图像：通过多次 发射和接收，激光雷 达可以生成三维图像 ，用于定位和导航
自动驾驶汽车：用于感知周围环境，实现自动驾驶 智能机器人：用于导航和避障，提高机器人自主性 测绘和地理信息：用于地形测绘、城市规划等 工业自动化：用于生产线上的物体检测和定位 安防监控：用于监控区域，实现智能安防 航空航天：用于卫星导航、空间探测等
激光雷达性能指标
测量距离：激光雷达可以精确测量物体的距离，误差范围在厘米级 测量角度：激光雷达可以精确测量物体的角度，误差范围在度级 测量速度：激光雷达可以精确测量物体的速度，误差范围在米/秒级 测量分辨率：激光雷达可以精确测量物体的分辨率，误差范围在毫米级
测量范围受到激光雷达的功率、 波长、接收器灵敏度等因素的 影响
工业监控：用 于监测生产设 备、环境、人
员等
环境监控来发展 前景
自动驾驶：激光雷达是自动驾驶汽车的关键传感器，可以提供精确的3D环境信息， 提高自动驾驶的安全性和可靠性。
激光雷达简介报告
激光雷达简介报告激光雷达是一种利用激光技术进行探测和测量的高精度雷达系统。
它通过发射激光光束并接收反射回来的光信号，从而实现对目标物体的探测和测量。
激光雷达具有高分辨率、高精度和高可靠性的特点，因此在工业、军事和汽车等领域被广泛应用。
激光雷达的工作原理是利用激光束在空间中传播的特性进行测量。
它通过发射一个激光脉冲，并计算激光脉冲从发射到接收之间的时间差来确定目标物体的距离。
通过旋转激光束，激光雷达可以实现对目标物体的全方位扫描，从而获取目标物体的准确位置和形状信息。
激光雷达的精度可以达到亚厘米级别，因此在自动驾驶和机器人导航等领域有着重要应用。
激光雷达主要由光源、光学系统、探测器和信号处理系统等部分组成。
光源一般采用激光二极管或激光器，可以发射连续波或脉冲激光。
光学系统用于对激光进行调制和聚焦，以实现对目标的高精度测量。
探测器可以接收反射回来的光信号，并将其转化为电信号。
信号处理系统用于处理接收到的信号，并计算目标物体的距离和位置。
激光雷达的应用非常广泛。
在工业领域，激光雷达常用于三维扫描和定位，可以实现对复杂工件的快速测量和质量控制。
在军事领域，激光雷达常用于目标探测和跟踪，可以实现对敌方目标的快速定位和精确打击。
在汽车领域，激光雷达是自动驾驶和智能交通系统中的重要传感器，可以实现对道路和交通情况的实时感知。
尽管激光雷达具有许多优点，但也存在一些挑战。
首先，激光雷达的成本较高，限制了其在大规模应用中的普及。
其次，激光雷达对环境条件较为敏感，如雨雪、雾气和尘土等会对激光束的传播和反射产生影响。
此外，激光雷达的体积较大，不便于集成到小型设备中。
总体来说，激光雷达是一种高精度和高可靠性的雷达系统，具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和成本的降低，激光雷达将在更多领域得到推广和应用。
未来，激光雷达有望成为自动驾驶、机器人和智能制造等领域的重要技术支撑。
激光雷达系统
历史沿革
自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来，利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用。到 了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术，使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成 为可能。一百年以来，立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术，是国家基本比例尺地形图 测绘的重要技术。
激光雷达系统
激光探测及测距系统的简称
01 简介
03 技术发展 05 基本原理
目录
02 历史沿革 04 主要途径 06 主要用途
激光雷达LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称。
用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟 踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体 激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、 半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式， 探测方法分直接探测与外差探测。
基本原理
LIDAR是一种集激光，全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统，用于获得数据并生 成精确的DEM。这三种技术的结合，可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为日臻成熟的用于获 得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统，这两种系统 的共同特点都是利用激光进行探测和测量，这也正是LIDAR一词的英文原译，即：LIght Detection And Ranging - LIDAR。
激光雷达概述
激光雷达概述随着GPS和IMU（惯性导航技术）的发展，使精确的即时定位、定姿成为可能，很多厂商发现，这家伙用来干测绘非常适合，所以近年来激光雷达就被推到了各位的面前。
一、激光雷达和雷达的区别他们的区别就和名字一样简单易懂，激光雷达就是，发射激光的雷达。
在原理上基本类似，只是激光雷达发射的是一条直线的光束，而雷达发射出去的是一个锥状的电磁波波束。
按照用途，我们可以把激光传感器分为两类，即避障级和高精度测绘级，通过对比我们可以发现在一些关键参数上，如角分辨率、视场角、测量距离、测量速率、测量精度、多次回波技术、多周期回波技术等，这两类激光传感器有较大差别。
接下来我们着重聊一下测绘激光雷达。
它是将激光传感器、GNSS、IMU和相机集成在一起的一个系统，通过各个传感器的参数标定，可以精确计算出传感器之间的位置偏差，以及不同坐标系间转换所用到的旋转角，从而将获取的点云数据的相对坐标转换成大地坐标。
二、测量型激光雷达系统组成在使用激光雷达做测绘时，我们一般可以采用汽车、无人机、有人机等移动平台作为载体，将移动中的激光原始数据、GNSS数据、IMU数据，后期通过Post-processing模式的后处理得到厘米级精度POS数据，基于POS和原始激光数据生成我们常常看到的激光点云成果。
三、搭载平台的选择（一）直升机或者固定翼飞机追求效率直接装到直升机或者固定翼飞机上！测量效率直接拉满，但由于直升机或固定翼飞的较高，所以精度就差一些，一般在10CM左右，做大面积地形测绘可选取这种手段。
（二）旋翼无人机测区适合飞行，且对精度有要求，就用旋翼无人机。
使用旋翼无人机效率略逊于固定翼无人机，但在精度控制方面更能得心应手，可以达到5cm精度。
机载激光雷达是一种万金油的组合，无论何种地形都能一显身手。
（三）车载模式特定城区或者街道环境，选用车载模式。
激光雷达车载模式，只能扫描道路两边200米内的数据，扫描区域受限，一般道路改扩建项目或者带状地形图项目可以使用此种作业模式，100米内的精度在5cm。
激光雷达 报告
激光雷达概述激光雷达是一种利用激光技术进行测距和探测的装置。
它可以通过发射激光束，并测量激光束返回的时间来计算目标物体的距离。
因为激光束是一束聚焦的光线，所以激光雷达具有较高的精度和分辨率。
本报告将介绍激光雷达的原理和应用。
原理激光雷达的工作原理是利用激光束在空气中传播的速度非常快，并且可以被反射回来。
激光雷达会发射一束激光光束，并通过接收器接收光束返回的信号。
通过测量激光束从发射到返回所需的时间，我们可以计算目标物体与激光雷达之间的距离。
步骤1.发射激光束：激光雷达通过激光发射器发射一束激光光束。
2.接收返回信号：激光束会在与目标物体相交时被反射回来，并被激光雷达的接收器接收。
3.计算时间：激光雷达会记录激光束从发射到返回所需的时间。
4.计算距离：根据光速和时间，激光雷达可以计算出目标物体与激光雷达之间的距离。
5.多点扫描：为了获取目标物体的形状和位置信息，激光雷达可以进行多点扫描，通过在不同方向上发射激光束并接收返回信号，来获取目标物体的三维坐标。
应用激光雷达在许多领域都有广泛的应用：1.自动驾驶汽车：激光雷达在自动驾驶汽车中起着至关重要的作用。
它可以帮助汽车感知周围环境，包括其他车辆、行人、路标等，从而辅助自动驾驶系统做出正确的决策。
2.机器人导航：激光雷达可以用于机器人导航和定位。
通过扫描周围环境，机器人可以获取周围物体的位置和形状信息，并根据这些信息进行路径规划和避障。
3.三维建模：激光雷达可以用于三维建模和测量。
通过多点扫描，激光雷达可以获取目标物体的三维坐标，从而实现对目标物体的精确测量和建模。
4.环境监测：激光雷达可以用于环境监测和勘测。
它可以帮助科学家和工程师测量地形、建筑物、森林等的形状和高度信息，从而为环境保护和城市规划提供数据支持。
结论激光雷达是一种广泛应用于测距和探测的技术装置。
它通过测量激光束的发射和返回时间来计算目标物体的距离，具有高精度和高分辨率。
激光雷达在自动驾驶汽车、机器人导航、三维建模和环境监测等领域都发挥着重要作用。
激光雷达基本知识
激光雷达基本知识激光雷达（LiDAR）是一种使用激光来测量距离和释放扫描的设备。
它是一种高精度、高分辨率的三维测量技术，广泛应用于自动驾驶、测绘、地质勘探等领域。
下面是关于激光雷达的基本知识的详细介绍。
1.原理：激光雷达使用脉冲激光源产生的激光束，通过扫描装置发射出去，并在与目标物体相遇时被反射回来。
通过测量反射激光的时间延迟和角度，可以计算出目标物体与激光雷达的距离和位置。
2.工作方式：激光雷达的工作方式可以分为两种，即扫描式激光雷达和固态激光雷达。
扫描式激光雷达通过旋转的镜子或转台来改变激光束的方向，从而实现对周围环境的全方位扫描。
它可以同时获取水平方向和垂直方向的距离信息，但扫描速度相对较慢。
固态激光雷达采用固定的激光发射和接收组件，通过调整激光束的发射和接收角度来对目标进行扫描。
固态激光雷达具有快速的扫描速度和高精度的测量能力，但往往只能获取水平方向的距离信息。
3.技术参数：激光雷达的性能参数可以影响其应用范围和测量精度。
一般来说，激光雷达的技术参数包括测距范围、角度分辨率、测量精度、扫描速度等。
测距范围是指激光雷达可以测量的最大距离。
角度分辨率是指激光雷达可以分辨的最小角度，通常用来表示其水平和垂直方向的分辨能力。
测量精度是指激光雷达对目标物体距离和位置的测量误差。
扫描速度是指激光雷达完成一次扫描所需的时间。
4.应用领域：激光雷达广泛应用于各种领域，包括自动驾驶、测绘、地质勘探、环境监测等。
在自动驾驶领域，激光雷达被用于实时感知周围环境，识别其他车辆、行人和障碍物，以保证行驶安全。
在测绘和地质勘探领域，激光雷达可以快速获取地形和地貌的三维模型，并实现高精度的测量和分析。
在环境监测领域，激光雷达可以用来检测大气中的颗粒物、污染物和气溶胶等，并提供精确的数据支持。
总结：激光雷达是一种通过测量激光反射时间和角度来获取物体距离和位置信息的高精度传感器。
它具有快速、准确和可靠的特点，在自动驾驶、测绘和环境监测等领域有着广泛的应用前景。
激光雷达点云名词解释
激光雷达点云一、激光雷达激光雷达（LIDAR）是一种主动式光学传感器，通过发射激光光束并测量其返回时间和光的特性来获取环境中物体的距离和形状信息。
它广泛应用于自动驾驶、三维建模、环境感知以及机器人导航等领域。
二、激光雷达工作原理激光雷达通过发射激光束并接收其返回的光信号来获取环境中物体的三维位置信息。
它的工作原理可以分为三个主要步骤：2.1 发射激光束激光雷达会发射一束激光光束，通常采用红外激光，具有较高的能量和方向性。
发射的激光束经过透镜或其他光学元件进行调制和聚焦，形成一个细小而密集的光点。
2.2 接收返回信号激光束经过调制和聚焦后，会照射在环境中的物体上，部分光线会被物体反射或散射。
激光雷达利用接收器接收和记录返回的光信号，包括时间信息和光的强度。
接收到的信号将被处理和分析，以获取物体与激光雷达的距离。
2.3 三维重建通过计算激光光束的发射和接收时间差，结合光的传播速度，可以确定物体与激光雷达的距离。
通过将激光雷达的位置和方向信息结合距离信息，可以重建出环境中物体的三维位置坐标。
这些位置坐标以点云的形式表示，即激光雷达点云。
三、激光雷达点云激光雷达点云是由激光雷达获取到的一组离散的三维点的集合。
每个点都包含了空间中的位置信息和反射强度信息，用于描述环境中物体的几何形状和相对位置关系。
3.1 点云数据格式激光雷达点云数据可以采用多种格式进行存储和传输，常见的格式有ASCII、二进制和压缩格式等。
其中，ASCII格式以可读性而闻名，每个点的坐标和属性都以文本形式表示，方便数据处理和分析。
而二进制格式则更加紧凑，适合于大规模数据的存储和传输。
压缩格式则可以进一步减小数据的存储和传输量。
3.2 点云数据处理激光雷达点云数据处理是将原始的点云数据进行滤波、分割、配准等操作，提取中所需的特征和信息。
常见的点云数据处理任务包括点云去噪、平滑、分割不同物体、地面提取和配准等。
3.2.1 点云去噪在激光雷达测量过程中，受到环境干扰等因素的影响，可能会产生噪点和离群点。
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光子探 测，统 计理论
DPSS发射， 电子扫描，
非扫描
面阵探测器， 外差接收
集成模块， DSP芯片， 成像显示
车/机载， 弹/星载
功能部 件， MOEMS， 小
多波长复合， 多功能模块， 智能化模块
第 四 代
光子探 测，纳 米物理
阵列发射， 微光学系
统
微光学系统， 焦平面阵列 探测器，光
纤导光
硬软件融 合，系统 级芯片， 高分辨率， 成像显示
工作原理： 结合Lidar测距，从GPS得到激光器的位置和从INS惯性导航仪得到的激
光发射方向，就可以准确计算出每一个地面光斑的X、Y、Z的坐标。而后通过扫 描，可获得一定地域范围的DEM(数字高程模型)。
Lidar测距
GPS
INS（惯性 导航系统）
机载Lidar 系统
优点
• 数据采集速度快、测量数据精度高、外业工 作量少、数据处理自动化程度高。
高分辨率图像。
3
在功能相同的情况下，较微波雷达体积小、重量轻；天 线和系统结构可做的很小。
应用&前景
• 侦察用成像激光雷达 • 化学/生物战剂探测激光雷达 • 障碍回避激光雷达 • 大气监测激光雷达 • 制导激光雷达 • 水下探测激光雷达 • 空间监视激光雷达
典型应用：用于测绘的机载Lidvertical scale 1.2 μm div−1, timescale 200 μs div−1.
(b) Very low feedback regime C<<1, vertical scale 2 mV div−1.
(c)Weak feedback C≈1, vertical scale 10 mV div−1.
植入生物 体
全波段复合， 系统级 光电全模复 芯片， 合，测通控 极小 一体化，多
模复合模块
分类
信号形式
• 脉冲 • 连续波
探测方式
• 直接探测 • 相干探测
Laser
PD
功能
• 成像 • 测距测速 • 动目标指示 • ……
1
波长比微波短好几个数量级，可在分子量级上对目标进 行探测。
优点
2
探测灵敏度和测量分辨率高。多普勒频移大，信息 量大，可测速及识别动目标，也可得到运动目标的
• 可以对危险地区安全地实行远距离、高精度 三维测量。
• 是目前唯一能测定森林覆盖地区地面高程的 可行技术。
缺点
• 硬件设备昂贵。 • 数据的后期处理相对滞后，算法还很不成熟。
Displacement： Self-mixing interference
P≈ P0 [1+mcos(2πΔL/λ)] m=2(r3/r2) ln(R1R2)
(d) Moderate feedback C>1, vertical scale 20 mV div−1.
Velocity：Doppler Frequency
Doppler Frequency:
F=2nvcosθ/λ
v
24.3kHz
Thank you！
系统
直接接收
单元电路， 地基为主， 模拟电路 车载为辅
分立元 件，大
单一波长， 单一模式
第 二 代
量子理 论
气体/固体 /半导体激 光，光机
扫描
SPITE器件， 线列探测器，
外差接收
单元电路， 数字电路， 成像显示
车/机载 为主，星 载为辅
分立元 件，单 元模块，
中等
双色、多光 谱，主被动
复合
第 三 代
以激光为载波，以 光电探测器为接收 器件，以光学望远 镜为天线，俗称“ 激光雷达”。
1.工作原理：
传感器发射激光束打到目标物体上并反射回来，接收器准确地测量出
光脉冲从发射到被反射回的传播时间，光速已知，就可得到从激光雷达到目 标点的距离。
若激光束不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据， 用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体图像。
LiDAR Sensor
******* *****
**********
Radar
Radio Detection And Ranging（无 线电探测及测距）
以微波和毫米波为 载波，由发射机、 天线和接收机等部 分组成。
LiDAR
Light Detection And Ranging（激 光探测及测距）
接收光 学天线
目标 物体
伺服 系统
前置放 主放 大器 大器
信号 模数 处理 转换
主处 理器
距离 速度 角度 目标图 信息 信息 信息 像信息
通信 系统
屏幕 显示
理论 发射 基础 系统
接收 系统
信息 处理
运载 体积 平台 重量
工作 模式
第 一 代
经典理 论
气体激光， 单元探测器，
传统光学 脉冲体制，
2.基本组成 至于目标的径向速度，可以由反射光的多普勒频移来确定。
：
发射系统
目
标
信号处理及 控制
接收系统
3.作用：
能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形 状，探测、识别、分辨和跟踪目标。
典型Lidar基本框
图： 激光 调制
激光 电源
激光器
探测 器
制冷
光束 控制
核心
发射光 学天线