一種單線全周式掃描激光雷達的應用及與同類傳感器的比較

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　　摘 要：隨著現代科技的快速發展，在建筑測繪、地形勘探等工作當中，對于激光雷達的應用較多。激光雷達種類主要包括了單線/多線兩種形式，其能夠對目標進行三維掃描，通過構建三維立體空間，實現對目標的全方位把握。本文研究過程中，對一種單纖全周式掃描激光雷達進行了分析，對其功能進行把握，并將其與同類傳感器進行比較，分析這種單線全周式掃描激光雷達的優勢，從而將其進行更好地推廣和應用。
　　關鍵詞：激光雷達;傳感器;比較分析
　　 現階段，激光雷達在環境探測領域得到了廣泛地應用。激光雷達是計算機環境感知工具之一，通過對激光雷達進行應用，能夠對周圍環境進行有效探測和感知，從而構建二維或是三維模型。隨著科學技術的快速發展，激光雷達能夠有效地進行環境探測，對未知環境進行更好地判斷，從而獲取環境的相關信息，為相關工作提供一定的參考和依據。在進行環境探測過程中，由于雷達和視覺系統的分辨率存在一定的精度限制，無法對環境進行精密的探測。這一情況下，激光雷達得到了廣泛地應用，其在環境數據獲取過程中，可以獲得更加精確地數據信息，從而為相關工作提供有效的參考和依據。本文在對激光雷達應用問題研究過程中，選擇一種單纖全周式掃描激光雷達，并將其與同類的傳感器進行比較，以把握激光雷達的先進性，使其得到更好地推廣和應用。
　　1 激光雷達種類劃分
　　 從當前激光雷達的種類來看，主要分為兩種，一種是單線型激光雷達，一種是多線型激光雷達。單線激光雷達比較常見的型號為德國生產的LMS151單線激光雷達、澳大利亞的Robot Eye RE05激光雷達。多線型激光雷達比較常見的有德國的LUX8L 8線激光雷達、美國的16線、32線、64線激光雷達。單線激光雷達和多線激光雷達最大的差別在于掃描區域不同，單線激光雷達只能夠進行二維平面掃描，而多線激光雷達可以實現三維區域掃描。但本研究中對一種單線全周式掃描激光雷達進行了研究，這種激光雷達由澳大利亞生產，其型號為Robot Eye RE05激光雷達，這種雷達具有三維空間掃描的特性。與單線型激光雷達和多線型激光雷達對比而言，Robot Eye RE05激光雷達具有其獨特的優勢，在進行環境掃描過程中，可以對區域環境信息進行更加有效地獲取。
　　2 單線全周式掃描激光雷達概述
　　 Robot Eye RE05激光雷達是澳大利亞的Ocular公司生產的一種單線全周式掃描激光雷達，相對于其他單線型激光雷達和一些多線型激光雷達而言，其最大的優勢在于能夠實現三維掃描，能夠對周圍環境進行全方位的探測。接下來，本文對Robot Eye RE05激光雷達的結構及相關掃描模式進行了分析，具體內容如下：
　　2.1 Robot Eye RE05激光雷達的機械結構
　　 Robot Eye RE05激光雷達具有獨特的機械設計，其機身保持靜止的狀態，在其內部設計過程中，將激光器和探頭固定在了一起。同時，Robot Eye RE05激光雷達在應用時，可以根據用戶的實際需要，對探頭進行更換。如用戶想要實現三維掃描，可以安裝三維掃描探頭，以實現三維探測的目標。受到Robot Eye RE05激光雷達機械結構的影響，其方位角的范圍為360°，可以實現無死角掃描。探頭的俯仰角度范圍在-35°—35°之間，其角分辨率為0.01°。Robot Eye RE05激光雷達的掃描鏡頭是單獨存在的，這使鏡頭動力控制不會影響到探頭的掃描精度，在進行周圍環境掃描過程中，對其誤差的計算不必考慮鏡頭誤差影響因素。同時，在利用Robot Eye RE05激光雷達進行掃描過程中，掃描模式如何選擇，不會對三維點角度精度產生影響。
　　2.2 Robot Eye RE05激光雷達的掃描模式分析
　　 現階段，Robot Eye RE05激光雷達主要包括了全區域掃描、限定邊界掃描、感興趣區域掃描三種掃描模式，這與其他單線型、多線型激光雷達有著一定的差別。
　　2.2.1 全區域掃描
　　 全區域掃描模式是Robot Eye RE05激光雷達的一個突出特點，在應用過程中，它的方位角能夠在0-360°之間進行自由地調整，并且其俯仰角度范圍可以在-35°—35°之間進行自由調整，能夠實現三維掃描，從而不留死角的獲取周圍環境信息。在將Robot Eye RE05激光雷達應用于室內環境掃描當中，可以對室內環境進行全方位的獲取，并且可以不留死角的獲取全區域信息。在進行環境掃描過程中，可以對方位角和掃描的線數進行自由地調整。方位角變化率的單位是Hz，其是探頭每秒旋轉角度;掃描線數這一參數主要反映了最大俯仰角范圍內的激光線數。在對Robot Eye RE05激光雷達應用時，給定的方位角變化率和掃描線數是連續的。
　　2.2.2 限定邊界掃描
　　 限定邊界掃描模式主要是在全區域掃描的基礎上，根據實際需要，選擇特殊區域進行掃描的一種模式。一般來說，限定邊界掃描主要在掃描過程中，在垂直方向進行掃描區域的截取。同時，限定邊界掃描在水平方向上依舊可以實現360°無死角掃描，并且根據探頭方位角的變化情況增加了俯角和仰角的最值。
　　2.2.3 感興趣區域三維掃描
　　 在進行環境探測過程中，根據實際需要對某一區域進行限定掃描，主要集中于一個特殊區域進行掃描。感興趣區域掃描一般受到用戶需要影響，用戶利用Robot Eye RE05激光雷達掃描時，會對掃描環境中的特定區域進行選取，之后對這一區域的3D數據進行獲取。結合Robot Eye RE05激光雷達的特點，在感興趣區域掃描過程中，獲取的區域信息形狀為長方形，并且這一掃描區域受到了探頭的方位角、俯仰角大小影響。感興趣區域三維掃描過程中，探頭的方位角變化以及掃描線數會影響到掃描區域的分辨率。一般來說，在利用Robot Eye RE05激光雷達進行三維掃描時，其范圍在5°-180°之間。受此影響，在進行感興趣區域三維掃描時，主要選擇極大值和極小值之間的較短弧線區域作為掃描的范圍。 　　3 Robot Eye RE05激光雷達特性分析
　　 從Robot Eye RE05激光雷達的掃描模式及其結構來看，其具有較高的性能，掃描的距離較長，并且掃描的范圍較大，能夠快速的進行空間云點生成。同時，Robot Eye RE05激光雷達具有較高的靈活性，這使其在室內環境和室外環境掃描中得到了廣泛地應用。在進行室內和室外環境掃描時，其采樣率可達到30kHz，采集的高度在30m-250m，能夠快速地形成點云數據，從而對區域范圍的環境進行快速成樣，為相關工作提供有效地參照。同時，對比Robot Eye RE05激光雷達與其他單線型和多線型激光雷達來看，該型號的激光雷達成像具有3D效果，并且靈活性較好，可以在設備運轉過程中對掃描模式進行自由地切換，使掃描工作更加方便。而且在進行模式切換時，切換的速度較快，僅僅幾毫秒的時間就可以完成掃描模式切換，能夠對
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　　環境信息進行更加快捷地獲取。同時，相對于其他激光雷達而言，其在對特殊區域掃描時，能夠更加快速、靈活地獲取信息，具有獨特的優越性。
　　4 結束語
　　 綜合上述分析來看，Robot Eye RE05激光雷達在進行環境掃描時，相對于其他單線型激光雷達具有更大的優勢，其靈活性較好，掃描精度較高，并且可以根據掃描的需要，對掃描模式進行靈活地切換，極大地方便了環境信息掃描需要。同時，在對Robot Eye RE05激光雷達應用時，能夠自由的進行掃描速度調整，使該型號的雷達在不同環境下進行環境掃描，并且其分辨率可以得到較好的保證，對掃描區域信息進行有效獲取。同時，對比其他傳感器，Robot Eye RE05激光雷達能夠靈活地進行數據搜集，并且可以在各種復雜的三維空間中進行信息掃描、目標識別以及跟蹤等任務。因此，在進行環境掃描過程中，要注重對Robot Eye RE05激光雷達的優勢進行把握，從而提升掃描的效率和精確性，以滿足實際工作需要。
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