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激光扫描仪基础知识大讲堂 | Lidar基础概念介绍

供稿:广州市西克传感器有限公司 2017/3/9 16:04:37
0 人气:267

上一期的激光扫描仪基础知识反应相当良好,为了大家能够学习更多的新“姿势”,我们又推出了续集,本集旨在介绍更深层次的扫描仪基础知识!

坐稳了,秋名山上老司机,开车了!

1 物体表面反射率

被测目标物体表面反射率是关系到激光扫描仪测量能力的关键参数。而影响物体表面反射率的因素主要有物体表面颜色和表面类型(亚光,高亮,平滑,粗糙等)。我们通常定义柯达白板(Kodak white material)表面反射率为100%。

自然界中常见材料的物体表面反射率如下:

激光扫描仪的工作距离和物体表面反射率有类线性关系,激光扫描器一般用100%反射率及10%反射率两个参数条件表示工作距离。

如下是LMS151系列产品的反射率对应工作距离关系图:

2 物体表面轮廓

被测物体表面还有一个关键因素影响激光扫描仪测量距离和效果:目标物体表面形状。

平面物体,大于光束直径

全部能量从被测物返回 单次回波 single echo

圆形物体,小于光束直径

部分的能量从被测物反射回(1 echo) + 从背景反射 (1 echo) -> 多次回波multi echo -> 检测不稳定

平面物体, 小于光束直径 (边沿检测)

部分的能量从被测物反射回(1 echo) + 从背景反射 (1 echo) -> 多次回波multi echo -> 检测不稳定

高亮、光滑表面 -> 镜反射(反射角 = 入射角)

如果激光束入射角较小,就会造成激光束的反射光束不能返回到接收器。在该点的测量值就会显示为无物体,也就是数据丢失的情况。

如:高亮汽车漆、抛光的金属表面类似镜反射

亚光、光滑表面 -> 漫反射(全方向反射)

反射光分布在所有的方向上,光的强度分布类似于高斯曲面

当激光与物体表面成一定入射角,则反射能力会有相应的损失,入射角越小,返回扫描器的光越少,检测距离也就越近

亚光, 粗糙表面 -> 漫反射 (反射方向不确定)

反射可能向任意方向,由被测点实际形状确定。无规律性

如:块状的矿料等

反射板/反射胶贴 -> 反射板反射

几乎所有的激光都原路径返回扫描器

用于激光导航等应用

3 光斑直径(光斑大小  Beam diameter )

激光扫描器所发出的激光光束, 光斑大小会随着距离的增加而增大(如手电筒发出的光)

下面列出一些常用LMS产品的光斑直径的计算公式:

LMS111 =距离(mm)×15mrad + 8mm

LMS511 HR=距离(mm)×4.67mrad+13.6mm

LMS511 SR=距离(mm)×11.9mrad+13.6mm

TiM3= 距离×22mrad+6.5mm

LD-LRS3110=距离(mm)×2.8mrad+40mm

例:LMS111在10米距离时光点直径:

10000mm×0.015+8mm=158mm

4 光点(测量点)间距 ( Beam distance )

相邻两个光点中心之间的距离。光点间距与测量距离成正比;同时,角度分辨率越大,光点间距也越大。

测量点间距L=Tan(a/2)*d*2

例如:

当角度分辨率为0.5 °,工作距离为10米时,

光点间距=Tan( 0.5 °/2)*10m*2=8.72mm

5 最小检测物体体积(Minimum object size)

基于光斑直径和光点间距可以直接计算激光测量系统能测量的物体的最小尺寸。最小物体尺寸与测量距离成正比;

最小检测物体尺寸=光斑直径+光点间距

6 激光扫描仪工作模式

基于如上原理和技术,激光扫描仪可以实现以下两个功能:检测和测量

检测 Detection

  • 在扫描范围内,设置不同形状的保护区域

  • (预设形状或任意形状)

  • 当有物体进入该区域时,输出信号

  • 可用于包括设备防撞、区域安防等

测量 Ranging

  • 在扫描角度范围内测量每个脉冲检测点

  • 输出位置数据 (极坐标角度及距离数据)

  • 可用于轮廓测量、导航等作用

以上就是本期的知识点啦,大家注意复习啊!!!

>>>往期回顾:

激光扫描仪基础知识大讲堂

>>>下期预告:

HDDM技术介绍

多回波技术介绍

雾气校正功能介绍

颗粒物过滤器和污染自检功能

......

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