Tof，結構光，三角測距，RGBD，雙目，激光雷達，毫米波雷達一文總結
最近在做一些無人車相關的工作，對其中的一些基礎技術做了些總結和歸納，主要涉及以下技術，將會分兩篇文章進行介紹
- 超聲波測距
- 毫米波雷達
- 激光雷達
- 固態雷達
- RGBD攝像頭
- 雙目攝像頭
- 單目攝像頭
- TOF 飛行時間
- 三角測距
- 結構光
雖然這些詞彙一起出現的頻率很高，但事實上之前在用的時候經常並不能確定某個方案所使用的技術細節究竟是什麼樣的，例如，掃地機器人究竟用了那個雷達，而這個雷達又用了什麼技術。
首先，不加驗證的給出一個經驗結論（不保證全場景正確），目前我們使用的任何與定位或者避障方案都無可避免的使用了波。擴展一點來說，我們想觀察一個實體實物，如果不準接觸（甚至接觸的也得用，腦電，心電），那似乎也只有波能滿足我們的需求了主動的或者被動的，主動的就是設備主動發出波，並接受反饋回來的波，進行分析（時間，圖案，相位，攜帶信息…）從而得出探測信息或者相對位置信息。被動的就是自己不發射波，但接受自然界本來有的波（相機），來獲取相關信息。
距離測量算法解析
我們無論是要避障，還是定位，都離不開獲取測量被測物體與測量裝置之間的相對位置關係，而根據被測物體的任意點的相對位置關係，我們可以獲得被測物體的整體位置信息甚至組成三維結構。那麼一般常用的測距方式有哪些呢？
TOF 飛行時間測距法
這是最近比較熱門的一個詞，看字面意思也大概能理解其最重要的原理，就是波飛行時間嘍，根據初中物理知識，由於能檢測波的速度是確定的，所以我們可以很容易的根據這個時間確定物體距離。目前使用這種方案測量的設備不在少數，而根據所使用的的波不同（種類不同或者波長不同），即可有超聲波，毫米波雷達，激光雷達等等不同的實現手段。
超聲波
超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度爲340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2 。
| 技術關鍵點 | 典型值（技術細節不同，值範圍可能會較大） |
|---|---|
| 探測距離 | 10米或100米，大部分實現在10米以內 |
| 精度 | 釐米級，分辨力極低，幾十度 |
| 成本 | 極低，百元以內 |
| 缺陷 | 反射面是平面（適用場景少） |
| 缺陷 | 速度慢，聲波速度340 m/s |
| 缺陷 | 對灰塵等環境適應性差 |
毫米波雷達
毫米波雷達指工作在毫米波波段的雷達。通常毫米波是指30～300GHz頻域(波長爲1～10mm)的電磁波，毫米波雷達分爲遠距離雷達（LRR）和近距離雷達（SRR），由於毫米波在大氣中衰減弱，所以可以探測感知到更遠的距離，其中遠距離雷達可以實現超過200m的感知與探測。毫米波雷達的多項優勢，使其目前在汽車防撞傳感器中佔比較大。目前市場主流使用的車載毫米波雷達按照其頻率的不同，主要可分爲兩種：24GHz毫米波雷達和77GHz毫米波雷達。通常24GHz雷達檢測範圍爲中短距離，用作實現BSD（BlindSpotDectection，盲點探測系統)，而77GHz長程雷達用作實現ACC（AdaptiveCruiseControl，自適應巡航系統）。
毫米波在雷達中應用的主要限制有：雨、霧和溼雪等高潮溼環境的衰減，以及大功率器件和插損的影響降低了毫米波雷達的探測距離；樹叢穿透能力差，相比微波，對密樹叢穿透力低；元器件成本高，加工精度相對要求高。
| 技術關鍵點 | 典型值（技術細節不同，值範圍可能會較大） |
|---|---|
| 探測距離 | 最大200米，典型10米左右 |
| 頻段 | 24GHZ（民用）；60GHZ；77GHZ（車用） |
| 精度 | 釐米級 |
| 成本 | 低，千元或更低 |
| 優勢 | 不受光線塵埃影響 |
| 缺陷 | 傳播耗損較大，易被人體等吸收 |
| 缺陷 | 分辨率不高，3度以上 |
激光雷達
激光雷達是目前無人駕駛中最重要的傳感器，原理是激光器發射一個激光脈衝，並由計時器記錄下出射的時間，回返光經接收器接收，並由計時器記錄下回返的時間。兩個時間相減即得到了光的“飛行時間”，而光速是一定的，因此在已知速度和時間後很容易就可以計算出距離。
在TOF方案中，距離測量依賴於時間的測量。但是光速太快了，因此要獲得精確的距離，對計時系統的要求也就變得很高。一個數據是，激光雷達要測量1cm的距離，對應的時間跨度約爲65ps，導致激光雷達的價格較高。
激光雷達的另一個重要的指標是線數。按線數分類的話有常見的有單線，4線，16線，32線,64線等
單束激光發射器在激光雷達內部進行勻速的旋轉，每旋轉一個小角度即發射一次激光，輪巡一定的角度後，就生成了一幀完整的數據。因此，單線激光雷達的數據可以看做是同一高度的一排點陣。
單線激光雷達的數據缺少一個維度，只能描述線狀信息，無法描述面。也就無法得到物體垂直於激光雷達發射平面的高度信息。
多線雷達是目前自動駕駛最主要使用的雷達，但售價極高，一個64線的激光雷達售價高達幾萬美元。
另外，目前低成本單線激光雷達（淘寶上幾百塊到幾千塊的）的並不是基於Tof方案，而是採用了三角測距方案。
| 技術關鍵點 | 典型值（技術細節不同，值範圍可能會較大） |
|---|---|
| 探測距離 | 200米 |
| 頻段 | 3.846×10^14 Hz到7.895×10^14 Hz |
| 精度 | 毫米（近距離）-釐米級 |
| 成本 | 高，價格根據線數不等 16線國產 2.8萬 國外4.0萬 |
| 優勢 | 精準，分辨率高，速度快 |
| 缺陷 | 陰雨天，濃霧等天氣無法工作 |
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