【sensor】激光雷达的特性与参数详解（七）Velodyne VLP-16 激光雷达的关键参数举例

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1. Velodyne VLP-16 激光雷达的关键参数

以下是 Velodyne VLP-16 激光雷达的关键参数，增加了含义和计算过程的描述：

在表格中，“含义”列提供了每个参数的简要说明，“计算过程描述”列则用数学语言描述了如何计算这些参数。对于某些参数，如激光线数、激光安全等级、工作电压和外形尺寸等，它们是定义性或规范性的参数，没有特定的计算过程。而对于测量频率和点频这类参数，可以通过雷达的物理特性和操作参数来计算。例如，点频可以通过激光线数、每圈点数和测量频率的乘积来计算。

2. 参数含义与作用

2.1 常用参数设置：采样频率

在5到20Hz之间调节，这里常常假设为10 ，采样度数为0.2 （360/0.2 =1800点 每圈，单个ring含有1800点 ）
采样频率* 线束 * 每圈采样点数 = 10 *16 1800 = 28.8万 约等于30万 ，所以数据校正去畸变后，采样频率为10的情况下，雷达每秒会得到30万个数据点，10张 161800分辨率的 深度图和雷达点云强度图

2.2 反射强度有什么作用有什么作用？对比相机来说就是灰度图，或者亮度，也一种特征看你怎么使用，可以用来做更高层次的感知任务，或者去噪等等

激光雷达（LiDAR）中的反射强度是一个重要的测量参数，它表示从目标物体反射回来的激光光束的能量大小。这个参数对于多个应用领域来说都非常关键，以下是反射强度的一些主要作用：

1. 物体分类与识别：不同物质的表面对激光的反射特性不同，通过分析反射强度可以区分不同的物体和材料。例如，在自动驾驶中，激光雷达可以用来区分车道线、行人、车辆和其他障碍物。
2. 环境映射：反射强度可以用来创建环境的详细地图，包括物体的形状和大小。在没有RGB色彩信息的情况下，反射强度可以为点云数据提供可视化效果，类似于黑白照片。
3. 噪声过滤：在点云数据处理中，反射强度可以用来过滤噪声。某些异常的反射强度值可能表示噪点，这些点可以被识别并从数据集中移除。
4. 目标检测：在安全相关的应用中，如防碰撞系统，反射强度可以用来检测和识别潜在的危险物体。
5. 建筑物健康监测：在建筑物的维护和检测中，反射强度的变化可能表明材料的退化或损坏，如墙体腐蚀或风化。
6. 农业应用：在精准农业中，反射强度可以用来评估作物的健康状况，通过分析作物对激光的反射特性来监测生长状况。
7. 科学研究：在地球科学和生态学研究中，反射强度数据可以用来分析植被覆盖、地形特征和其他自然现象。
   总的来说，反射强度是激光雷达数据中的一个关键组成部分，它提供了关于目标物体的额外信息，这些信息对于理解和解释激光雷达数据至关重要。在实际应用中，反射强度的具体作用可能会根据使用场景和目标物体的不同而有所变化。

2.3 为什么要“两次回波接收，第一次回波和最后一次有什么差异？用在什么情况下？ 提高环境适应性（对雨雪雾天气更鲁棒），复杂环境对茂密植被等更复杂场景也可以更准确地确定目标物体的位置和距离

在激光雷达技术中，使用两次回波的原因是为了提高测量的准确性和环境适应性。当激光雷达发射的光束遇到物体时，会发生反射，这个反射回来的信号就是第一次回波。如果光束能够穿透某些物体（如雨雾），它可能会遇到更远的物体并产生第二次回波。通过比较两次回波，激光雷达可以区分并忽略那些不是来自目标物体的反射，比如雨滴或灰尘，从而获得更准确的测量结果。
在恶劣天气条件下，如雨雾天气，第一次回波可能是由雨滴反射的，而不是实际的目标物体。这时，第二次回波（如果足够强烈且能够被区分出来）可以提供更准确的距离信息。这种技术使得激光雷达在复杂的环境条件下，如自动驾驶车辆在雨雾中行驶时，仍然能够可靠地工作。

此外，两次回波技术还可以帮助激光雷达在茂密的森林或植被区域中进行更准确的测量，因为第一次回波可能来自树叶或其他植被，而第二次回波可能来自地面或其他更远的物体。通过分析两次回波，可以更准确地确定目标物体的位置和距离。
总的来说，两次回波技术是激光雷达提高其在不同环境条件下测量准确性和可靠性的重要手段。

2.4 垂直方向角度分辨率是多少？怎么理解？：2°，意味着在垂直方向上，相邻激光线之间的角度间隔为2°

垂直测量角度范围：+15° 至 -15°（总共30°），表示雷达在垂直平面上能够覆盖的角度范围。

2.5 水平方向角度分辨率是什么？水平方向角度分辨率：0.1° 到 0.4°，指雷达在水平方向上能够区分的最小角度差异。

水平方向角度分辨率的计算过程是根据雷达的水平扫描点数来确定的，例如，如果雷达每圈可以扫描3600个点，则水平方向的角度分辨率为360°除以3600，即0.1°。这个计算过程是一个简化的例子，实际的分辨率可能会受到雷达设计和扫描模式的影响。

在实际应用中，VLP-16 激光雷达的水平方向角度分辨率对于以下场景尤为重要：

1. 自动驾驶：在自动驾驶领域，高精度的角度分辨率对于车辆的环境感知至关重要。它可以帮助车辆更准确地识别和定位周围的物体，如行人、车辆、交通标志和其他障碍物，从而做出快速而准确的驾驶决策。

2. 三维建模和地形测绘：在进行城市建模或地形测绘时，高精度的角度分辨率可以提供更详细的点云数据，这对于生成精确的三维模型和地图至关重要。它可以捕捉到微小的地形变化和建筑物的细节，从而提高建模的精度和质量。

3. 机器人导航和避障：对于在复杂环境中工作的机器人，如仓库、工厂或救援场景，高精度的角度分辨率有助于机器人> 更好地理解其周围环境，从而实现更有效的路径规划和障碍物避让。

4. 室内导航和定位：在室内环境中，如商场、机场或展览中心，高精度的角度分辨率可以帮助设备如自动导引车（AGV）或服务机器人更准确地进行定位和导航，提供更好的用户体验和服务效率。

5. 安全监控：在安全监控领域，高精度的角度分辨率可以提高监控系统对异常行为的识别能力，如非法入侵、物品遗留或人群聚集等，从而提高安全管理的响应速度和准确性。

6. 无人机巡检：在电力线巡检、交通监控或农业监测等无人机应用中，高精度的角度分辨率可以提供更清晰的地面图像和更精确的数据分析，从而提高巡检的效率和准确性。

在这些应用场景中，水平方向角度分辨率直接影响到激光雷达数据的质量和应用效果，因此对于需要高精度空间信息的场合尤为重要。

2.6 波长：目前常用波长为905mm和1550mm

更长的波长可以使用更高功率 →对雨雾，粉尘穿透能力更强 → 探测距离更远
产生更长的波长需要用到更贵的材料(坤化镓，1550mm)
1550在人眼球液体中不易传播，因此对人眼伤害较小；905mm需要限制发射功率，以免对人眼造成较大伤害。

2.7 点频：顾名思义，点频指点的频率，也就是激光雷达所有线每秒扫描的点的总数量。

Velodyne VLP-16为例，10HZ激光雷达为例，其点频为10 HZ也即16线每秒能扫描30万个点(pts/s)。1800为准
以禾赛360°，64线，10HZ激光雷达为例，其点频为1.152MHZ也即64线每秒能扫描1152000个点(pts/s)。

2.8 视场角：激光雷达在水平或者垂直方向能探测的范围角度。分为水平视场角α和垂直视场角β。

一般对于单线激光雷达说只有水平视场角（只有单束光线）。
对于多线激光雷达来说除了水平视场角之外还有垂直视场角。