三角测距激光雷达原理
激光运坦滚雷达近几年越来越普及了，复杂的比如应用在无人驾驶汽车上，简单的比如用在扫地机上去。随着无人驾驶和服务机器人行业的发展，后续激光雷达的应用会更广泛。
激光雷达之所以流行，主要是因为它能够精准的测距，那么它是如何实现这样的测距功能的呢？
主流的激光雷达主要是基于两种原理的，一种是三角测距法，一种是飞行时间（TOF）法。听名字可不要觉得很复杂，其实只需要高中知识，任何人都能看懂它的测距原理！
今天咱们就先讲讲三角测距法激光雷达。
典型的三角测距原理结构如下图：
激光器Laser以一定的角度beta射出一束激光，沿激光方向距离为d的物体反射激光。
接受激光的一般是个长条的CMOS（可以看成是一个长条形的摄像头），被物体反射的激光经过“小孔成像”被Imager（即CMOS）拍摄到。
焦距是f，物体离平面的垂直距离是q，激光器和焦点间的距离是s，过焦点平行于激光方向的虚线，它跟Imager的交点位置一般是预先知道的（确定好beta就知道了），物体激光反射后成像在Imager上的点位置离该处的距离为X。
从图中很容易看出来，q,d,beta组成的三角形跟X,f组成的三角形是相似三角形，旁余于是有：
因为f,s,beta都是预先可以已知的量，唯一需要测量的就是X，因此，测出X就测出了d，即得到物体离激光器的距离了。
从图中可以轻易的看出，如果d的距离变短了，则X就会变大，d变大了，X就变小。从Imager测出X只要计算出得到信纤的光斑的中心即可获得距离X。
上面讲解了如何根据三角测距原理进行单点测距，可是激光雷达是360°的，怎么才能变成激光雷达呢？将单点拿去旋转即可！
将激光器和成像器固定在一起，做成一个固定的装置，然后旋转，即可获得周围360°的扫描结果了。
激
B
什么是光学三角法原理，哪些激光传感器是用此原理测量的？
德国米铱激光三角反射式位移传感器内部结构
激光三角反射式测量原理基于简单的几何关系。激光二极管发出的激光束被照射到被测物体表面。反射回来的光线通过一组透镜，投射到感光元件矩阵上，感光元件可以是CCD/CMOS或者是PSD元件。反射光线的强度取决于被测物体的表面特性。为此，模拟元件PSD的敏感度需要进行调节。而对数字元件CCD传感器，使用德国米铱提供的实时表面补光技术(RTSC, Real Time Surface Compensation) 可以瞬时改变接收光强。
传感器探头到被测物体的距离可以由三角计算法则精确得到。采用这种方法能够得到微米级的分辨率。根据不同型号，测量得到的数据会由外置或内置控制器通过多种接口进行评估。
点激光传感器投射到被测物体上形成一个可见光斑，通过这个光斑可以非常简便的安装调试探头，因此点激光传感器被应用到非常多的领域，成为精密距离测量的热门选择。根据不同设计，光学测量原理最大允许测量距离达到1m。根据测量任务的需要，可以选择非常小的量程，但是具有极高测量精度。或者选择大量程，但是测量精度会有所下降。目前市面上有很多传感器型号可以快速补偿反射光的光强，但只有德国米铱的激光传感器成功实现了实时光强补偿。
快速表面补光技术 Rapid surface compensation
直接使用激光传感器测量，需要采样若干测量点。而这些测量点所处表面反射特性如果发生变化，就需要对反射光的光强进行调节，以达到最大的信号稳定性。
而调节的速度取决于传感器制造商。如果传感器需要越多时间来调节光强，就意味着越多测量值在被测表面颜色发生变化时，不可用于判断测量结果。德国米铱提供的实时表面补光技术（RTSC）可以实现最佳补光效果。此外，测量要确保激光传感器的测量范围内不存在异物干扰。灰尘或者其他小颗粒进入光路，会明显影响测量结果。另外，被测物体所处位置或移动方向对于传感器探头安装的影响不可低估。根据上述测量理论，反射光必须能够直达感光原件。如果反射光被阴影遮挡，则测量不可完成。因此，传感器安装位置必须与被测物体运动方向十字交叉。
虽然近些年激光传感器的尺寸日趋小型化，但与电磁类位移传感器相比，激光传感器的尺寸仍然偏大。
采用激光三角反射式测量方法的好处：
- 较小的测量光斑
- 允许较大安装距离
- 较大的量程
- 几乎可以测量任何被测物体材料
应用限制：
- 被测表面的性能对测量精度有一定影响
- 需要光路保持清洁
- 与光谱共焦式传感器，电容式或电涡流式传感器相比，激光传感器尺寸偏大
- 测量镜面被测物体，需要调试安装位置和角度
德国米铱的激光位移传感器拥有辉煌的历史，作为CCD传感器技术应用的先驱， optoNCDT
系列在工业激光位移测量发展过程中始终占有重要地位。现有的传感器类型多样，覆盖的应用范围广，而且每一种产品都拥有技术领先优势。optoNCDT系列激光三角反射式位移传感器以其极高的测量精度享誉世界激光位移传感器凭借直径微小的测量光斑，可从较远距离对被测物体进行测量，并适用于结构小巧的零部件的精确测量。传感器相对被测表面安装距离远且量程较大的技术特性，使其可完成对特殊表面的测量任务，例如炙热的金属表面。传感器与被测物体间在测量过程中无实际接触，此非接触式测量原理的优势在于可保证无磨损、抗干扰的高精度测量。此外，激光三角反射式测量原理还适用于高精度、高分辨率的高速测量。
