科技的發(fā)展為人們在生活中帶來許多的便利，現(xiàn)在人們只需要在導(dǎo)航設(shè)備上輸入目標(biāo)地點(diǎn)，系統(tǒng)就會(huì)一步一步把駕駛員帶到目的地，同時(shí)提供行程距離、所需時(shí)間和路面狀況等詳細(xì)駕駛信息。而這一切都必須依賴一張強(qiáng)大而精確的地圖作為支持?，F(xiàn)代城市急速發(fā)展, 高樓大廈密集，道路縱橫交錯(cuò), 如何高效益低成本地制作精確的地圖便成為業(yè)界一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。

　　LiDAR工作原理

　　車載LiDAR，簡稱光達(dá)，是一種光學(xué)遙感技術(shù)，它通過向目標(biāo)發(fā)射一束光，通常是一束脈沖激光來測量目標(biāo)的距離等參數(shù)，是測繪行業(yè)目前最先進(jìn)的技術(shù)之一，或許大家曾經(jīng)都在路上遇到過地圖制作團(tuán)隊(duì)的車輛在大街小巷里穿梭以采集數(shù)據(jù)。

　　
車載LiDAR作業(yè)示意圖

　　車載LiDAR系統(tǒng)主要由激光掃描儀、POS（定位定向系統(tǒng)，包括GPS和IMU）和測速計(jì)等組成。其中激光掃描儀采用二維激光掃描，獲取360度內(nèi)掃描到的物體的坐標(biāo)點(diǎn)，通過車輛前進(jìn)獲取車輛行駛路線兩側(cè)的三維數(shù)據(jù)。

　　
車載LiDAR系統(tǒng)配置

　　從測量的原理來說，車載LiDAR主要采用測角和測距兩種方法，前者根據(jù)設(shè)置參數(shù)，借助掃描儀的勻速掃描得到每個(gè)脈沖在掃描儀坐標(biāo)系下的角度，后者則根據(jù)激光脈沖發(fā)射返回時(shí)間差計(jì)算掃描中心到被測點(diǎn)的距離。通過角度和距離求得測區(qū)內(nèi)物體在掃描儀坐標(biāo)系下的坐標(biāo)點(diǎn)；通過實(shí)時(shí)POS數(shù)據(jù)經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到物體的地理坐標(biāo)點(diǎn)。得到的數(shù)據(jù)即稱為“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)，配合數(shù)碼相機(jī)獲取的對應(yīng)影像數(shù)據(jù)，最后經(jīng)過后期點(diǎn)云和影像融合便可生成三維街道實(shí)景。同時(shí)采用測角和測距兩種方法的優(yōu)點(diǎn)是工作效率得到大幅提升，因?yàn)槿绻麊为?dú)采用測距的方法，激光需要到達(dá)每一個(gè)未知點(diǎn)。

　　
車載LiDAR

　　光柵系統(tǒng)在LiDAR上的應(yīng)用

　　光柵在掃描儀上主要應(yīng)用于測角部分，用以反饋每個(gè)發(fā)出的脈沖在掃描儀坐標(biāo)系下的角度，再與測距數(shù)據(jù)組合進(jìn)行計(jì)算。 典型掃描儀一般設(shè)計(jì)共有平行和垂直兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，兩軸均采用伺服電機(jī)，分別配置圓光柵系統(tǒng)作位置反饋，激光源通過兩組以伺服電機(jī)帶動(dòng)且勻速旋轉(zhuǎn)的棱鏡，并以固定的脈沖發(fā)射間隔發(fā)射到被測物體進(jìn)行掃描，從而收集三維空間數(shù)據(jù)。光柵在整個(gè)系統(tǒng)中的作用可說是至關(guān)重要，如果反饋角度數(shù)據(jù)偏差，對應(yīng)的角度值就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致系統(tǒng)生成扭曲的圖像。目前市場上的車載掃描儀最大測距范圍可達(dá)道路兩旁1000 m或以上，測角的分辨率和精度普遍也能達(dá)到0.001度和0.005度，另外測距精度可達(dá)每100 m誤差僅 10 mm以內(nèi)。”

　　
掃描儀工作原理

　　零部件微形化

　　車載掃描儀在工作時(shí)被安裝在車頂上，因此無論是體積或是重量都是使用者在購買時(shí)必定會(huì)考慮的因素。目前廠家開發(fā)的激光掃瞄器都是往測距遠(yuǎn)、精度高、體積小且重量輕的方向發(fā)展。這意味著掃描儀的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)以及其他零部件的體積和重量都必須緊湊輕巧。 由于掃描儀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊的原因，產(chǎn)品內(nèi)部基本沒有多余的空間，故對零件的體積有嚴(yán)格的要求. 雷尼紹ATOM圓光柵的微型設(shè)計(jì)，微形讀數(shù)頭和分離式玻璃碼盤的設(shè)計(jì)使客戶在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上有更大的自由度. 對于部份對精度要求更高的客戶，雷尼紹可提供規(guī)格更高的TONiC系列產(chǎn)品，配置RESM圓光柵。另外，開放式光柵是LiDAR必然的選擇，原因是封閉式光柵體積相對較大。另一方面，雖然光柵安裝在機(jī)箱內(nèi)，但長時(shí)間在戶外工作難免受灰塵等污染物的影響。封閉式光柵的抗污能力確實(shí)比開放式光柵優(yōu)異，不過雷尼紹的開放式光柵在同類型產(chǎn)品中確實(shí)做得十分出眾。

　　雷尼紹ATOM圓光柵系列讀數(shù)頭最小尺寸僅6.8 mm x 20.5 mm x 12.7 mm，與玻璃碼盤搭配使用。ATOM光柵采用獨(dú)有的光學(xué)濾波系統(tǒng)，可提供更好的信號(hào)穩(wěn)定性和純粹度，同時(shí)消除柵尺因安裝在彎曲或高低不平的表面上而出現(xiàn)的波動(dòng)誤差，此外，TONiC也正是采用了這種先進(jìn)的光學(xué)濾波系統(tǒng)。

　　
雷尼紹ATOM系列圓光柵