以(yi)上(shang)原(yuan)理(li)介(jie)紹(shao)為(wei)最(zui)簡(jian)化(hua)的(de)情(qing)況(kuang)。在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)，為(wei)了(le)提(ti)高(gao)距(ju)離(li)分(fen)辨(bian)率(lv)，以(yi)及(ji)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)線(xian)陣(zhen)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)像(xiang)素(su)資(zi)源(yuan)，通(tong)常(chang)將(jiang)發(fa)射(she)光(guang)路(lu)光(guang)軸(zhou)與(yu)接(jie)收(shou)透(tou)鏡(jing)主(zhu)光(guang)軸(zhou)布(bu)置(zhi)為(wei)呈(cheng)一(yi)定(ding)斜(xie)角(jiao)（而非圖示中的平行關係）
，但相似三角形的基本原理並無變化。

 

三角測距的原理決定了使用這種測距方式的激光雷達的一些技術特點。

 

首(shou)先(xian)來(lai)看(kan)測(ce)量(liang)距(ju)離(li)，對(dui)於(yu)三(san)角(jiao)測(ce)距(ju)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)來(lai)說(shuo)，這(zhe)個(ge)參(can)數(shu)和(he)距(ju)離(li)分(fen)辨(bian)率(lv)是(shi)緊(jin)密(mi)聯(lian)係(xi)的(de)。所(suo)謂(wei)距(ju)離(li)分(fen)辨(bian)率(lv)
，就(jiu)是(shi)對(dui)不(bu)同(tong)距(ju)離(li)目(mu)標(biao)的(de)區(qu)分(fen)能(neng)力(li)；huanjuhuashuo，dangmubiaodejulifashengbianhuashi

，bianhualiangdadaoduodacainengshileidashuchudejulizhifashengbianhua，xiangdangyuyongchiziliangchangdushi，shiyongdechizidezuixiaokedushiduoshao，sanjiaocejudeyidatedianshizheba“尺子”的刻度是不均勻的。

 

由圖1易知，對於比較近的距離區間
，目標距離的變化會引起成像點位置的顯著變化；erdangmubiaoweiyuyuanchushi，jibianjulifashenghendadebianhua，tixiandaochengxiangdianshangzhihuichanshengyidiandianyidong，yejiushishuo，sanjiaocejudejulifenbianlvhuisuizhejulidebianyuanerjisuxiajiang。zhejiuxianzhilesanjiaocejudezuidashiyongceliangjuli，chaochulezhegejulihou，fenbianlvdexiajiangjiangshideceliangjieguoshiquyiyi。

 

其(qi)次(ci)是(shi)測(ce)量(liang)速(su)率(lv)。機(ji)械(xie)式(shi)單(dan)線(xian)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)在(zai)旋(xuan)轉(zhuan)掃(sao)描(miao)的(de)同(tong)時(shi)對(dui)不(bu)同(tong)方(fang)向(xiang)上(shang)的(de)目(mu)標(biao)進(jin)行(xing)測(ce)距(ju)
，因(yin)此(ci)測(ce)量(liang)速(su)率(lv)直(zhi)接(jie)決(jue)定(ding)了(le)雷(lei)達(da)能(neng)否(fou)以(yi)更(geng)快(kuai)的(de)速(su)率(lv)掃(sao)描(miao)（對應更高的幀率），以及在完成一周掃描時能否輸出更多的測量點（對應更高的角度分辨率）。

 

為wei了le達da到dao一yi定ding的de距ju離li分fen辨bian率lv，三san角jiao測ce距ju激ji光guang雷lei達da往wang往wang都dou會hui使shi用yong較jiao高gao分fen辨bian率lv的de線xian陣zhen圖tu像xiang傳chuan感gan器qi
，通tong常chang具ju有you數shu千qian個ge像xiang素su點dian
，每mei次ci測ce距ju時shi需xu要yao將jiang這zhe些xie像xiang素su點dian的de灰hui度du值zhi讀du出chu並bing交jiao給geiDSP處理，整個讀出和處理的過程需要耗費一定時間
，從而限製了三角測距激光雷達的數據速率。    

 

說完三角測距之後
，接著再看ToF測距。ToF是Time of Flight的縮寫，也即飛行時間測距法，其基本原理如圖2所示：

 

開始測距時，脈衝驅動電路驅動激光器發射一個持續時間極短但瞬時功率非常高的光脈衝，同時計時單元啟動計時；

 

光guang脈mai衝chong經jing發fa射she光guang路lu出chu射she後hou
，到dao達da被bei測ce物wu體ti的de表biao麵mian並bing向xiang各ge方fang向xiang散san射she。測ce距ju模mo塊kuai的de接jie收shou光guang路lu收shou到dao部bu分fen散san射she光guang能neng量liang

，通tong過guo光guang電dian器qi件jian轉zhuan化hua為wei光guang電dian流liu，輸shu送song給gei回hui波bo信xin號hao處chu理li電dian路lu

；

 

回hui波bo信xin號hao處chu理li電dian路lu將jiang光guang電dian流liu轉zhuan化hua為wei電dian壓ya信xin號hao
，經jing過guo一yi級ji或huo數shu級ji放fang大da並bing調tiao理li後hou，得de到dao一yi個ge回hui波bo信xin號hao對dui應ying的de電dian脈mai衝chong
，用yong於yu觸chu發fa計ji時shi單dan元yuan停ting止zhi計ji時shi；

 

此時，計時單元記錄的時間間隔就代表了激光脈衝從發射到返回的全程所用的時間，使用這個時間值乘以光速並除以2，即可得到測距單元與被測目標之間的距離值。

 

圖2 ToF測距基本原理

 

ToF測距的原理很容易理解
，但具體工程實現時有不少技術難點需要解決
，這主要是由於ToF測距的工作條件比較極端
，非常大（脈衝發射峰值）、非常弱（脈衝回波）和非常快（納秒/皮秒級別）的信號
，這就對整個電路的驅動能力、帶寬和噪聲抑製水平提出了很高的要求。但它的優勢在於
，隻要解決了上述這些問題

，整個測距係統可以實現非常高的性能。

 

從測量距離來看，由於ToFcejufashedeshichixushijianjiduandejiguangmaichong，yincizaifuherenyananquanyaoqiudeqiantixia，keyibaguangmaichongdeshunshigonglvtidaohengaodeshuiping，congernenggoutancedaogengyuanjulidemubiao。

 

不同於三角測距基於幾何相似關係的測量原理
，ToF通過測量光脈衝的飛行時間來計算目標距離，而計時的精度不會因距離變遠而發生改變，這樣在整個量程內，ToF測距的距離分辨率都不會有實質性的變化。最後，ToF測距處理的都是高速脈衝信號，由此而來的好處是整個測量過程耗時極短，可以很輕鬆地做到非常高的測量頻率。

 

說完三角測距和ToF測ce距ju的de工gong作zuo原yuan理li後hou，接jie下xia來lai很hen自zi然ran的de一yi個ge問wen題ti是shi，哪na種zhong類lei型xing的de單dan線xian激ji光guang雷lei達da更geng具ju優you勢shi？答da案an是shi要yao根gen據ju每mei種zhong雷lei達da的de特te點dian
，結jie合he具ju體ti的de使shi用yong場chang景jing來lai看kan。 

 

三san角jiao測ce距ju激ji光guang雷lei達da的de優you勢shi主zhu要yao體ti現xian在zai成cheng本ben上shang，因yin其qi設she計ji方fang案an成cheng熟shu，批pi量liang生sheng產chan時shi成cheng本ben可ke以yi降jiang到dao很hen低di的de水shui平ping，但dan由you於yu其qi在zai實shi際ji使shi用yong過guo程cheng中zhong並bing不bu穩wen定ding，導dao致zhi其qi在zai工gong業ye領ling域yu的de應ying用yong受shou到dao很hen大da限xian製zhi。

 

此外，因為三角測距使用並列布置的平行軸光路，雷達的外觀可以做得比較低矮，能夠用於機體高度受限的場合；這(zhe)些(xie)優(you)勢(shi)
，結(jie)合(he)三(san)角(jiao)測(ce)距(ju)近(jin)距(ju)離(li)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)較(jiao)高(gao)的(de)特(te)點(dian)，使(shi)得(de)三(san)角(jiao)測(ce)距(ju)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)非(fei)常(chang)適(shi)合(he)於(yu)消(xiao)費(fei)級(ji)產(chan)品(pin)上(shang)使(shi)用(yong)，近(jin)年(nian)來(lai)逐(zhu)漸(jian)普(pu)及(ji)的(de)掃(sao)地(di)機(ji)器(qi)人(ren)就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)很(hen)好(hao)的(de)例(li)子(zi)
，隻(zhi)要(yao)是(shi)具(ju)備(bei)導(dao)航(hang)功(gong)能(neng)的(de)型(xing)號(hao)
，幾(ji)乎(hu)清(qing)一(yi)色(se)地(di)使(shi)用(yong)了(le)三(san)角(jiao)測(ce)距(ju)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)作(zuo)為(wei)主(zhu)傳(chuan)感(gan)器(qi)方(fang)案(an)。對(dui)於(yu)服(fu)務(wu)機(ji)器(qi)人(ren)類(lei)的(de)產(chan)品(pin)，當(dang)活(huo)動(dong)場(chang)景(jing)不(bu)大(da)，或(huo)者(zhe)需(xu)要(yao)在(zai)近(jin)距(ju)離(li)補(bu)盲(mang)避(bi)障(zhang)時(shi)，三(san)角(jiao)測(ce)距(ju)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)亦(yi)有(you)應(ying)用(yong)案(an)例(li)。

 

ToFcejujiguangleidadexitongsheji，xiangbisanjiaocejuleidagengfuza，yincichengbenhuigaoyixie


，danyoucidailaidexingnengtishengyeshixianeryijiande
，muqianyoubushaotuanduidezaiyanToF方案，可在保持ToF測距工業級穩定性和高性能的基礎上
，將整機成本降到較低的水平，從而有潛力替代三角測距激光雷達在消費領域的應用。

 

市麵上ToF單線激光雷達的主流產品，其最大測量距離（針對70%反射率目標）通常10米起步
，數據速率達到15 KHz或更高
，掃描頻率從15 Hz到40 Hz不等，且不少型號都可以在室外使用
，因此環境適應性更好，非常適合於活動空間大、移動速度高、需要在較強環境光（例如室外）工作的移動平台。目前，ToF測距激光雷達在服務機器人、AGV/AMR、低速物流車都有普遍的應用。此外，在一些靜態安裝的場合，例如工業安全防護、大屏互動、安防監控等領域，也常常能看到ToF測距激光雷達的使用。