yishangyuanlijieshaoweizuijianhuadeqingkuang。zaishijiyingyongzhong，weiletigaojulifenbianlv
，yijichongfenliyongxianzhentuxiangchuanganqidexiangsuziyuan，tongchangjiangfasheguangluguangzhouyujieshoutoujingzhuguangzhoubuzhiweichengyidingxiejiao（而非圖示中的平行關係），但相似三角形的基本原理並無變化。

 

三角測距的原理決定了使用這種測距方式的激光雷達的一些技術特點。

 

首shou先xian來lai看kan測ce量liang距ju離li
，對dui於yu三san角jiao測ce距ju激ji光guang雷lei達da來lai說shuo，這zhe個ge參can數shu和he距ju離li分fen辨bian率lv是shi緊jin密mi聯lian係xi的de。所suo謂wei距ju離li分fen辨bian率lv，就jiu是shi對dui不bu同tong距ju離li目mu標biao的de區qu分fen能neng力li；huanjuhuashuo，dangmubiaodejulifashengbianhuashi
，bianhualiangdadaoduodacainengshileidashuchudejulizhifashengbianhua
，xiangdangyuyongchiziliangchangdushi，shiyongdechizidezuixiaokedushiduoshao，sanjiaocejudeyidatedianshizheba“尺子”的刻度是不均勻的。

 

由圖1易知，對於比較近的距離區間
，目標距離的變化會引起成像點位置的顯著變化
；而(er)當(dang)目(mu)標(biao)位(wei)於(yu)遠(yuan)處(chu)時(shi)，即(ji)便(bian)距(ju)離(li)發(fa)生(sheng)很(hen)大(da)的(de)變(bian)化(hua)
，體(ti)現(xian)到(dao)成(cheng)像(xiang)點(dian)上(shang)隻(zhi)會(hui)產(chan)生(sheng)一(yi)點(dian)點(dian)移(yi)動(dong)，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，三(san)角(jiao)測(ce)距(ju)的(de)距(ju)離(li)分(fen)辨(bian)率(lv)會(hui)隨(sui)著(zhe)距(ju)離(li)的(de)變(bian)遠(yuan)而(er)急(ji)速(su)下(xia)降(jiang)。這(zhe)就(jiu)限(xian)製(zhi)了(le)三(san)角(jiao)測(ce)距(ju)的(de)最(zui)大(da)實(shi)用(yong)測(ce)量(liang)距(ju)離(li)，超(chao)出(chu)了(le)這(zhe)個(ge)距(ju)離(li)後(hou)，分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)下(xia)降(jiang)將(jiang)使(shi)得(de)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)失(shi)去(qu)意(yi)義(yi)。

 

其qi次ci是shi測ce量liang速su率lv。機ji械xie式shi單dan線xian激ji光guang雷lei達da在zai旋xuan轉zhuan掃sao描miao的de同tong時shi對dui不bu同tong方fang向xiang上shang的de目mu標biao進jin行xing測ce距ju，因yin此ci測ce量liang速su率lv直zhi接jie決jue定ding了le雷lei達da能neng否fou以yi更geng快kuai的de速su率lv掃sao描miao（對應更高的幀率），以及在完成一周掃描時能否輸出更多的測量點（對應更高的角度分辨率）。

 

weiledadaoyidingdejulifenbianlv，sanjiaocejujiguangleidawangwangdouhuishiyongjiaogaofenbianlvdexianzhentuxiangchuanganqi，tongchangjuyoushuqiangexiangsudian，meicicejushixuyaojiangzhexiexiangsudiandehuiduzhiduchubingjiaogeiDSP處理，整個讀出和處理的過程需要耗費一定時間
，從而限製了三角測距激光雷達的數據速率。    

 

說完三角測距之後，接著再看ToF測距。ToF是Time of Flight的縮寫
，也即飛行時間測距法
，其基本原理如圖2所示：

 

開始測距時
，脈衝驅動電路驅動激光器發射一個持續時間極短但瞬時功率非常高的光脈衝，同時計時單元啟動計時；

 

光guang脈mai衝chong經jing發fa射she光guang路lu出chu射she後hou，到dao達da被bei測ce物wu體ti的de表biao麵mian並bing向xiang各ge方fang向xiang散san射she。測ce距ju模mo塊kuai的de接jie收shou光guang路lu收shou到dao部bu分fen散san射she光guang能neng量liang，通tong過guo光guang電dian器qi件jian轉zhuan化hua為wei光guang電dian流liu，輸shu送song給gei回hui波bo信xin號hao處chu理li電dian路lu；

 

回hui波bo信xin號hao處chu理li電dian路lu將jiang光guang電dian流liu轉zhuan化hua為wei電dian壓ya信xin號hao，經jing過guo一yi級ji或huo數shu級ji放fang大da並bing調tiao理li後hou，得de到dao一yi個ge回hui波bo信xin號hao對dui應ying的de電dian脈mai衝chong，用yong於yu觸chu發fa計ji時shi單dan元yuan停ting止zhi計ji時shi
；

 

此時
，計時單元記錄的時間間隔就代表了激光脈衝從發射到返回的全程所用的時間
，使用這個時間值乘以光速並除以2，即可得到測距單元與被測目標之間的距離值。

 

圖2 ToF測距基本原理

 

ToF測距的原理很容易理解

，但具體工程實現時有不少技術難點需要解決
，這主要是由於ToF測距的工作條件比較極端
，非常大（脈衝發射峰值）
、非常弱（脈衝回波）和非常快（納秒/皮秒級別）的信號
，這就對整個電路的驅動能力、帶寬和噪聲抑製水平提出了很高的要求。但它的優勢在於
，隻要解決了上述這些問題

，整個測距係統可以實現非常高的性能。

 

從測量距離來看，由於ToF測(ce)距(ju)發(fa)射(she)的(de)是(shi)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)極(ji)短(duan)的(de)激(ji)光(guang)脈(mai)衝(chong)，因(yin)此(ci)在(zai)符(fu)合(he)人(ren)眼(yan)安(an)全(quan)要(yao)求(qiu)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)，可(ke)以(yi)把(ba)光(guang)脈(mai)衝(chong)的(de)瞬(shun)時(shi)功(gong)率(lv)提(ti)到(dao)很(hen)高(gao)的(de)水(shui)平(ping)
，從(cong)而(er)能(neng)夠(gou)探(tan)測(ce)到(dao)更(geng)遠(yuan)距(ju)離(li)的(de)目(mu)標(biao)。

 

不同於三角測距基於幾何相似關係的測量原理，ToF通過測量光脈衝的飛行時間來計算目標距離
，而計時的精度不會因距離變遠而發生改變

，這樣在整個量程內，ToF測距的距離分辨率都不會有實質性的變化。最後
，ToF測距處理的都是高速脈衝信號
，由此而來的好處是整個測量過程耗時極短
，可以很輕鬆地做到非常高的測量頻率。

 

說完三角測距和ToFcejudegongzuoyuanlihou，jiexialaihenzirandeyigewentishi，nazhongleixingdedanxianjiguangleidagengjuyoushi
？daanshiyaogenjumeizhongleidadetedian，jiehejutideshiyongchangjinglaikan。 

 

三(san)角(jiao)測(ce)距(ju)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)的(de)優(you)勢(shi)主(zhu)要(yao)體(ti)現(xian)在(zai)成(cheng)本(ben)上(shang)
，因(yin)其(qi)設(she)計(ji)方(fang)案(an)成(cheng)熟(shu)，批(pi)量(liang)生(sheng)產(chan)時(shi)成(cheng)本(ben)可(ke)以(yi)降(jiang)到(dao)很(hen)低(di)的(de)水(shui)平(ping)
，但(dan)由(you)於(yu)其(qi)在(zai)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)並(bing)不(bu)穩(wen)定(ding)
，導(dao)致(zhi)其(qi)在(zai)工(gong)業(ye)領(ling)域(yu)的(de)應(ying)用(yong)受(shou)到(dao)很(hen)大(da)限(xian)製(zhi)。

 

此外
，因為三角測距使用並列布置的平行軸光路，雷達的外觀可以做得比較低矮，能夠用於機體高度受限的場合
；zhexieyoushi，jiehesanjiaocejujinjuliceliangjingdujiaogaodetedian，shidesanjiaocejujiguangleidafeichangshiheyuxiaofeijichanpinshangshiyong，jinnianlaizhujianpujidesaodijiqirenjiushiyigehenhaodelizi，zhiyaoshijubeidaohanggongnengdexinghao，jihuqingyisedishiyonglesanjiaocejujiguangleidazuoweizhuchuanganqifangan。duiyufuwujiqirenleidechanpin
，danghuodongchangjingbuda
，huozhexuyaozaijinjulibumangbizhangshi，sanjiaocejujiguangleidayiyouyingyonganli。

 

ToFcejujiguangleidadexitongsheji
，xiangbisanjiaocejuleidagengfuza
，yincichengbenhuigaoyixie

，danyoucidailaidexingnengtishengyeshixianeryijiande，muqianyoubushaotuanduidezaiyanToF方案，可在保持ToF測距工業級穩定性和高性能的基礎上，將整機成本降到較低的水平
，從而有潛力替代三角測距激光雷達在消費領域的應用。

 

市麵上ToF單線激光雷達的主流產品
，其最大測量距離（針對70%反射率目標）通常10米起步，數據速率達到15 KHz或更高，掃描頻率從15 Hz到40 Hz不等
，且不少型號都可以在室外使用，因此環境適應性更好
，非常適合於活動空間大、移動速度高、需要在較強環境光（例如室外）工作的移動平台。目前，ToF測距激光雷達在服務機器人
、AGV/AMR、低速物流車都有普遍的應用。此外

，在一些靜態安裝的場合，例如工業安全防護、大屏互動
、安防監控等領域

，也常常能看到ToF測距激光雷達的使用。