无人驾驶激光雷达细节知识科普

视场角

我们都知道激光雷达视场角分为水平视场角和垂直视场角,激光雷达的水平视场角为360°,垂直视场角一般为40°。

  1. 水平视场角

激光雷达的水平视场角很好理解,激光雷达在水平旋转,旋转一周就是360°。

2. 垂直视场角

激光雷达的垂直视场角是40°,这里要注意2点,一是视场角的偏置,二是激光雷达光束的分布。

视场角的偏置 – 视场角的偏置为5°,也就是说激光雷达在水平方向向上的扫描角度为15°,而在水平方向往下扫描的角度为25°。这也很好理解,我们主要是需要扫描路面上的障碍物,而不是把激光打向天空,为了良好的利用激光,因此激光光束会尽量向下偏置一定的角度。

周期采集点数

激光雷达采集的点数计算如下,首先看激光雷达的线数,比如32线,则垂直方向上会发出32个激光光束,采集32个点,而64线则是64个点,垂直方向上的点数和激光雷达的线数有关系。

因为激光雷达在旋转扫描,因此水平方向上扫描的点数和激光雷达的扫描频率有一定的关系,扫描越快则点数会相对较少,扫描慢则点数相对较多。一般这个参数也被称为水平分辨率,比如激光雷达的水平分辨率为0.2°,那么扫描的点数为360°/0.2°=1800,也就是说水平方向会扫描1800次。

那么激光雷达旋转一周,即一个扫描周期内扫描的点数为1800*64=115200。图2是禾赛64线激光雷达的参数列表。可以看到扫描频率为10Hz的时候水平角分辨率为0.2°,在扫描频率为20Hz的时候角分辨率为0.4°(扫描快了,分辨率变低了)。输出的点数和计算的也相符合1152000 pts/s。

有效检测距离

激光雷达的有效测量距离和最小垂直分辨率有关系,也就是说角度分辨率越小,则检测的效果越好。如图3所示,2个激光光束直接的角度为0.4°,那么当探测距离为200m的时候,2个激光光束之间的距离为200m*tan0.4°≈1.4m。也就是说在200m之后,只能检测到高于1.4m的障碍物了。                              

如果需要知道障碍物的类型,那么需要采用的点数就需要更多,距离越远,激光雷达采样的点数就越少,图4分别是激光雷达50m和100m采样到的点数,可以看到100m的时候的点比50m稀疏不少,点数越少,就越难以识别准确的障碍物类型。

时间同步

激光雷达提供了时间同步硬件接口,通过GPS提供时钟源给激光雷达,可以保证激光雷达的时间和GPS的时间保持同步,也就是说激光雷达可以保证周期采样的时间非常精准。