激光雷达处理简介

1、什么是激光雷达?

  激光雷达，即激光探测和测距，是一种三维激光扫描方法。激光雷达传感器提供有关环境的三维结构信息。先进的驾驶辅助系统(ADAS)、机器人和无人驾驶飞行器(UAV)使用激光雷达传感器来实现精确的3D感知、导航和绘图。
  激光雷达是一种主动遥感系统，它使用激光测量传感器与场景中物体的距离。激光雷达传感器发射激光脉冲，反射周围的物体。然后，传感器捕捉这种反射光，并利用飞行时间原理测量其与物体的距离，使其能够感知周围环境的结构。

  激光雷达传感器将这些反射的激光脉冲或激光回波存储为点的集合。这些点的集合称为点云。

2、什么是点云？

  点云是空间中三维点的集合。就像图像是相机的输出一样，点云是激光雷达传感器的输出。
  激光雷达传感器捕获诸如$xyz$坐标位置、激光强度和点云每个点的表面法线等属性。有了这些信息，点云就能生成环境的三维地图。

  点云可以是无序的，也可以是有序的。在无序的点云中，点被存储为单一的三维坐标流。在有序的点云中，点根据它们之间的空间关系排列成行和列。

3、激光雷达的类型

  可以根据激光雷达传感器是用于机载还是地面应用来大致划分其类型。
机载或空中激光雷达

• 地形传感器有助于监测和测绘一个地区的地形。应用包括城市规划，景观生态学，森林规划和测绘。
• 测深传感器估计水体的深度。这些传感器有一个额外的绿色激光，可以穿过水柱。应用包括海岸线管理和海洋学。
  

地面激光雷达

  陆地激光雷达传感器扫描地球表面或陆地上传感器的周围环境。这些传感器可以是静态的或移动的。

• 静态传感器从固定位置收集点云。采矿、考古、智能手机和建筑等应用使用静态传感器。
• 移动传感器最常用于自动驾驶系统，安装在车辆上。其他应用包括机器人、交通规划和地图绘制。

4、激光雷达技术的优势

  当需要在比雷达传感器更远的距离和更高的分辨率下进行精确测量时，或者在会对相机产生负面影响的环境或照明条件下，激光雷达传感器非常有用。激光雷达扫描本身也是三维的，不需要额外的软件来增加深度。
  可以使用激光雷达传感器检测小细节，扫描密集的环境，并在夜间或恶劣天气下收集数据，所有这些都是高速的。

5、激光雷达处理概述

I/O and Supported Hardware
  由于威力登、奥斯特、何塞和Ibeo等公司提供的各种激光雷达传感器使用各种格式的点云数据，因此Lidar Toolbox提供了使用各种文件格式导入和导出点云的工具。激光雷达工具箱目前支持从PLY、PCAP、PCD、LAS、LAZ和Ibeo数据容器(IDC)传感器格式读取数据。也可以将点云数据写入PLY、PCD和LAS格式。
预处理
  激光雷达工具箱能够对点云数据执行预处理操作，例如采样、去噪和裁剪等。
标记、分割和检测
  标记点云中的对象有助于组织和分析用于对象检测和分段的基础事实数据。
  激光雷达处理的许多应用依赖于深度学习算法来分割、检测、跟踪和分析点云中感兴趣的对象。
校准和传感器融合
  大多数现代传感系统使用包含多个传感器的传感器套件。要从多个传感器获得有意义的信息，必须首先校准这些传感器。校准是通过旋转和平移变换来对齐多个传感器的坐标系的过程。
导航和制图
  映射是在自治系统周围构建环境地图的过程。您可以使用Lidar工具箱中的工具来执行同步定位和制图(SLAM ),这是计算系统相对于其周围环境的位置和方向，同时绘制其环境的过程。

6、激光雷达技术的应用

  激光雷达工具箱为激光雷达处理的不同应用中的典型工作流提供了许多工具。

• Autonomous Driving Assistance Systems ——可以使用安装在移动车辆上的激光雷达传感器来检测汽车、卡车和其他物体。您可以从语义上分割这些点云，以便在对象移动时检测和跟踪它们。
• Remote Sensing——机载激光雷达传感器可以生成点云，提供某个区域的植被覆盖信息。
• Navigation and Mapping——可以使用车载激光雷达传感器生成的激光雷达数据构建地图。您可以使用这些地图进行定位和导航。