激光三角測距法作爲低成本的激光雷達設計方案，可獲得高精度、高性價比的應用效果，併成爲室內服務機器人導航的首選方案，本文將對激光雷達核心組件進行介紹並重點闡述基於激光三角測距法的激光雷達原理。
激光雷達四大核心組件
激光雷達主要由激光器、接收器、信號處理單元和旋轉機構這四大核心組件構成。
激光器：激光器是激光雷達中的激光發射機構。在工作過程中，它會以脈衝的方式點亮。以思嵐科技的RPLIDAR A3系列雷達爲例，每秒鐘，它會點亮和熄滅16000次。
接收器：激光器發射的激光照射到障礙物以後，通過障礙物的反射，反射光線會經由鏡頭組匯聚到接收器上。
信號處理單元：信號處理單元負責控制激光器的發射，以及接收器收到的信號的處理。根據這些信息計算出目標物體的距離信息。
旋轉機構：以上3個組件構成了測量的核心部件。旋轉機構負責將上述核心部件以穩定的轉速旋轉起來，從而實現對所在平面的掃描，併產生實時的平面圖信息。
激光三角測距法原理
目前激光雷達的測量原理主要有脈衝法、相干法和三角法3種，脈衝法和相干光法對激光雷達的硬件要求高，但測量精度比激光三角法要高得多，故多用於軍事領域。而激光三角測距法因其成本低，精度滿足大部分商用及民用要求，故得到了廣泛關注。
激光三角測距法主要是通過一束激光以一定的入射角度照射被測目標，激光在目標表面發生反射和散射，在另一角度利用透鏡對反射激光匯聚成像，光斑成像在CCD（Charge-coupled Device，感光耦合組件）位置傳感器上。當被測物體沿激光方向發生移動時，位置傳感器上的光斑將產生移動，其位移大小對應被測物體的移動距離，因此可通過算法設計，由光斑位移距離計算出被測物體與基線的距離值。由於入射光和反射光構成一個三角形，對光斑位移的計算運用了幾何三角定理，故該測量法被稱爲激光三角測距法。
按入射光束與被測物體表面法線的角度關係，激光三角測距法可分爲斜射式和直射式兩種。
1、直射式激光三角測距法
如圖1所示，當激光光束垂直入射被測物體表面，即入射光線與被測物體表面法線共線時，爲直射式激光三角法。
2、斜射式激光三角測距法
當光路系統中，激光入射光束與被測物體表面法線夾角小於90°時，該入射方式即爲斜射式。如圖2所示的光路圖爲激光三角法斜射式光路圖。
由激光器發射的激光與物體表面法線成一定角度入射到被測物體表面，反（散）射光經B處的透鏡匯聚成像，最後被光敏單元採集。
由圖2可知入射光AO與基線AB的夾角爲α，AB爲激光器中心與CCD中心的距離，BF爲透鏡的焦距f，D爲被測物體距離基線無窮遠處時反射光線在光敏單元上成像的極限位置。DE爲光斑在光敏單元上偏離極限位置的位移，記爲x。當系統的光路確定後，α、AB與f均爲已知參數。由光路圖中的幾何關係可知△ABO∽△DEB，則有邊長關係：
則易知
在確定系統的光路時，可將CCD位置傳感器的一個軸與基線AB平行（假設爲y軸），則由通過算法得到的激光光點像素座標爲（Px，Py）可得到x的值爲：
其
寫在最後
無論是直射式還是斜射式激光三角測距法，均可實現對被測物體的高精度、非接觸測量，但直射式分辨率沒有斜射式高。思嵐科技的RPLIDAR系列激光雷達也採用了斜射式的激光三角測距法，基於思嵐科技獨有的RPVision 3.0激光測距引擎，它可進行每秒高達 16000 次的測距動作，25米的測距半徑，高達0.225°的角度分辨率。每次測距過程中，RPLIDAR系列激光雷達將發射經過調製的紅外激光信號，該激光信號在照射到目標物體後產生的反光將被 RPLIDAR 的視覺採集系統接收，然後經過嵌入在 RPLIDAR 內部的 DSP 處理器實時解算，被照射到的目標物體與 RPLIDAR 的距離值以及當前的夾角信息將從通訊接口中輸出。
RPLIDAR A3M1 工作原理示意圖
在電機機構的驅動下，RPLIDAR 的測距核心將順時針旋轉，從而實現對周圍環境的 360 度全方位掃描測距檢測。
