雷射三角測距法作為低成本的雷射雷達設計方案，可獲得高精度、高價效比的應用效果，並成為室內服務機械人導航的首選方案，本文將對雷射雷達核心元件進行介紹並重點闡述基於雷射三角測距法的雷射雷達原理。
雷射雷達四大核心元件
雷射雷達主要由雷射器、接收器、訊號處理單元和旋轉機構這四大核心元件構成。
雷射器：雷射器是雷射雷達中的雷射發射機構。在工作過程中，它會以脈衝的方式點亮。以思嵐科技的rplidar a3系列雷達為例，每秒鐘，它會點亮和熄滅16000次。
接收器：雷射器發射的雷射照射到障礙物以後，通過障礙物的反射，反射光線會經由鏡頭組匯聚到接收器上。
訊號處理單元：訊號處理單元負責控制雷射器的發射，以及接收器收到的訊號的處理。根據這些資訊計算出目標物體的距離資訊。
旋轉機構：以上3個元件構成了測量的核心部件。旋轉機構負責將上述核心部件以穩定的轉速旋轉起來，從而實現對所在平面的掃瞄，並產生實時的平面圖資訊。
雷射三角測距法原理
目前雷射雷達的測量原理主要有脈衝法、相干法和三角法3種，脈衝法和相干光法對雷射雷達的硬體要求高，但測量精度比雷射三角法要高得多，故多用於軍事領域。而雷射三角測距法因其成本低，精度滿足大部分商用及民用要求，故得到了廣泛關注。
雷射三角測距法主要是通過一束雷射以一定的入射角度照射被測目標，雷射在目標表面發生反射和散射，在另一角度利用透鏡對反射雷射匯聚成像，光斑成像在ccd（charge-coupled device，感光耦合元件）位置感測器上。當被測物體沿雷射方向發生移動時，位置感測器上的光斑將產生移動，其位移大小對應被測物體的移動距離，因此可通過演算法設計，由光斑位移距離計算出被測物體與基線的距離值。由於入射光和反射光構成乙個三角形，對光斑位移的計算運用了幾何三角定理，故該測量法被稱為雷射三角測距法。
按入射光束與被測物體表面法線的角度關係，雷射三角測距法可分為斜射式和直射式兩種。
1、直射式雷射三角測距法
如圖1所示，當雷射光束垂直入射被測物體表面，即入射光線與被測物體表面法線共線時，為直射式雷射三角法。
2、斜射式雷射三角測距法
當光路系統中，雷射入射光束與被測物體表面法線夾角小於90°時，該入射方式即為斜射式。如圖2所示的光路圖為雷射三角法斜射式光路圖。
由雷射器發射的雷射與物體表面法線成一定角度入射到被測物體表面，反（散）射光經b處的透鏡匯聚成像，最後被光敏單元採集。
由圖2可知入射光ao與基線ab的夾角為α，ab為雷射器中心與ccd中心的距離，bf為透鏡的焦距f，d為被測物體距離基線無窮遠處時反射光線在光敏單元上成像的極限位置。de為光斑在光敏單元上偏離極限位置的位移，記為x。當系統的光路確定後，α、ab與f均為已知引數。由光路圖中的幾何關係可知△abo∽△deb，則有邊長關係：
在確定系統的光路時，可將ccd位置感測器的乙個軸與基線ab平行（假設為y軸），則由通過演算法得到的雷射光點畫素座標為（px，py）可得到x的值為：
其中cellsize是光敏單元上單個畫素的尺寸，deviationvalue是通過畫素點計算的投影距離和實際投影距離x的偏差量。當被測物體與基線ab產生相對位移時，x改變為x，由以上條件可得被測物體運動距離y為：
寫在最後
無論是直射式還是斜射式雷射三角測距法，均可實現對被測物體的高精度、非接觸測量，但直射式解析度沒有斜射式高。思嵐科技的rplidar系列雷射雷達也採用了斜射式的雷射三角測距法，基於思嵐科技獨有的rpvision 3.0雷射測距引擎，它可進行每秒高達 16000 次的測距動作，25公尺的測距半徑，高達0.225°的角度解析度。每次測距過程中，rplidar系列雷射雷達將發射經過調製的紅外雷射訊號，該雷射訊號在照射到目標物體後產生的反光將被 rplidar 的視覺採集系統接收，然後經過嵌入在 rplidar 內部的 dsp 處理器實時解算，被照射到的目標物體與 rplidar 的距離值以及當前的夾角資訊將從通訊介面中輸出。
rplidar a3m1 工作原理示意圖
在電機機構的驅動下，rplidar 的測距核心將順時針旋轉，從而實現對周圍環境的 360 度全方位掃瞄測距檢測。
雷射三角法的理論解析度計算
雷射三角法作為目前一種非常重要的非接觸式測量方法，廣泛運用於物體位移 厚度和三維面形等方面的測量。雷射三角法利用一束雷射經光學系統調節後照射到被測物體表面，形成一小光斑，經過被測物體表面散射後通過接收物鏡聚焦成像在光電探測器的接收面上。被測點的位移資訊由該光點在探測器的光接收面上所形成的像點位置決定...
雷射測距感測器原理與應用介紹
雷射，英文名稱為light amplification by stimulated emission of radiation 簡稱laser 意思為原子受激輻射的光，故稱雷射，雷射的產生原理，是原子中的電子吸收能量後從低能級躍遷到高能級，再從高能級回落到低能級的時候，所釋放的能量以光子的形式放出，...
上三角矩陣下三角矩陣
要求給定矩陣，輸出其上三角矩陣或下三角矩陣 源 如下 include include include include const int m 5 void proc int array m m void main printf n proc a printf result array is n fo...