三角测距激光雷达原理

激光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。

三角测距原理

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，于是有：

f/X = q/s, 则 q = f*s/x

又由于 sin(beta) = q/d,于是 d = q/(sin(beta))

最后得到：d = f*s/(X*sin(beta))

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只要计算出得到的光斑的中心即可获得距离X。

从单点变成激光器

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。