超值干貨:一文詳解機器人核心傳感器重要參數

ID:156214 · 發(fā)表于 2018-1-30 18:27

激光雷達作為機器人自主定位導航的“眼睛”，一直充當著重要的角色。那么，作為機器人自主定位的核心傳感器，哪些指標是重要的呢？

測距范圍？采樣率？精度？只是水面上的冰山一角！

作為主要用途是距離測量的激光雷達，其測量的最大距離（量程）自然是其最核心的指標。大部分激光雷達都會直接以測量距離作為其主要指標。不過除了測距范圍外，相信你也了解下面這些指標數據：

較高的掃描頻率可以確保安裝激光雷達的機器人實現(xiàn)較快速度的運動，并且保證地圖構建的質量。

但要提高掃描頻率并不只是簡單的加速激光雷達內部掃描電機旋轉這么簡單，對應的需要提高測距采樣率。否則當采樣頻率固定的情況下，更快的掃描速度只會降低角分辨率。

除了測距距離、掃描頻率之外，測量分辨率和精度對于激光雷達性能來說同樣重要，并且對于三角測距激光雷達而言，也更具有挑戰(zhàn)。

由于測量原理的關系，雖然一般在10米以內都可以實現(xiàn)很高的測距分辨率，但其分辨率亦會隨著探測物體距離增加而劇烈下降。

因此，為了實現(xiàn)更遠距離的探測，就不只是增加激光器功率這么簡單了，需要對于測距核心有本質的改良。同時為了可靠量產，也需要做很多的配套工作。

上面列舉的這些性能指標都是大家所知道的，自然也是我們長久以來一直不斷追求突破的。

不過，我們并不盲目的追求這些指標的提高，正像前面說的，我們更加看重的是整體產品的實用和可靠性，更好的參數不一定能帶來更好的產品，可能還會帶來其他方面的缺失。

就像采樣頻率，大家都知道RPLIDAR A2在發(fā)布早期是使用4000次每秒采樣率，雖然的確可以提升更多，但只有在得到了更多的驗證后，我們才對外公布了8000次每秒的型號。

所以現(xiàn)在，我們來聊聊你可能不熟悉的RPLIDAR的一面。

水下的冰山-日光抗擊能力和深色物體檢出率

除了上述測距距離、采樣率、精度等大家都熟知的性能指標外，在雷達實際使用中還有兩個非常重要但往往不太被大家了解的性能指標：

·深色物體檢出率

·環(huán)境光抗干擾能力

在實際工作中，很多應用環(huán)境中的物體大多不是白色墻面，而是深色的，如家具，暗色的墻紙。此時，激光雷達本身是否對于暗色物體有很好的檢出效果就非常重要。一款號稱有10多米的激光雷達，如果對于深色物體只有幾米的檢出率，那就容易導致機器定位和建圖出現(xiàn)問題，對后期的定位導航工作也會產生很大的影響。

目前，激光雷達所標稱的距離大多以90%反光率的漫反射物體（如白紙）作為測試基準。但實際上，對于黑色數據的有效檢出也同樣是一個重要的性能指標。

深色物體吸收了絕大部分的光能量，要讓激光雷達對于深色物體具有和白色物體一樣的檢出能力是不現(xiàn)實的，對于以機器視覺為核心的三角測距遠離雷達而言更是如此。

不過，正因為這個指標的重要性，我們一直將提升對深色物體探測能力作為研發(fā)激光雷達的重點方向之一，對于RPLIDAR的全系列均如此，即使再難也力求突破。經過這幾年來的多次迭代，目前，A2M6對于僅有10%以下反射率的黑色物體，也可實現(xiàn)10米的檢測距離，這基本與目前TOF原理激光雷達一致。

說得再多也不如實際檢驗：

看到通道盡頭的黑色物體了嗎？這種幾乎不反射光的黑色是很多三角測距激光雷達的噩夢。但從實用性角度看，一款標稱10米以上的激光雷達，必須至少能在6米距離以上有效得進行檢測。而我們的RPLIDAR A2M6即使在10米距離下，仍舊可以對其進行有效檢測。

RPLIDAR A2M6

對黑色檢出能力較弱的早期雷達

（可訪問思嵐官網了解更多激光雷達關于反射率的情況）

要知道，對于不同反射率物體的最大檢出距離是我們出品RPLIDAR的一大檢驗指標。不僅只是這里的A2M6，所有思嵐出品的激光雷達，都將經受這道檢驗。目的只有一個，能讓我們的激光雷達在實際工作中也同樣表現(xiàn)出色。

除了深色物體檢出能力外，實際工作環(huán)境也會受到各類環(huán)境光照的影響。從落地窗投射進來的陽光、各類室內的人造光源甚至是直接暴露在室外工作，這些情況都有可能對于激光雷達產生干擾。

這對于采用三角測距法原理的激光雷達來說影響更加嚴重。因為需要能夠區(qū)分出環(huán)境光和激光信號，就需要有更優(yōu)異的處理算法和光學調校。

傳統(tǒng)受限于原理，三角測距法的激光雷達都會給大家一種完全無法抗擊環(huán)境光照的印象，更不提在室外可以工作的可能性了。

不過，對于RPLIDAR而言并不是如此，環(huán)境光抗干擾能力從第一代RPLIDAR A1開始就是我們非常重視的指標。以至于對于A2M6系列來說，甚至已經可以完成一定的室外工作任務。

那么，環(huán)境光干擾到底有什么問題呢？它會導致雷達出現(xiàn)噪聲，影響使用。

一般環(huán)境光干擾有如下兩種形式：

a) 局部干擾光源產生的噪點

像畫面中這類人造光源或者通過窗戶從外部射入的陽光，會對于某個特定測量角度產生干擾。

人造光源可能會產生測距干擾

b）全局環(huán)境光干擾產生的致盲和噪點

這類情況一般出現(xiàn)在室外情況下，由于環(huán)境整體的背景光照較強，會導致雷達在各方向上都可能出現(xiàn)干擾。

同時，也可能導致雷達的有效測量距離變短或者完全無法進行距離測量。

如果不對這類干擾進行處理，就會像下圖那樣：

要很好的實現(xiàn)抗擊光干擾對于三角測距激光雷達來說一直是一個很大的挑戰(zhàn)。良好的抗環(huán)境光能力很大程度上也和前面提到的深色物體檢出率很多時候也是矛盾的，除非對激光的安全性置之不理。

這里，我們展示一些相關的測試效果。實際上，對于環(huán)境光干擾抗擊的能力是貫穿在我們RPLIDAR的生產環(huán)節(jié)的各類品質控制環(huán)節(jié)中的。

比如試試看直接讓RPLIDAR對著一個強光燈? 像是浴霸燈泡會直接產生紅外光的：

傳統(tǒng)三角測距雷達

RPLIDAR 抗干擾效果

在室外整體環(huán)境光較強的情況下，RPLIDAR也并不會出現(xiàn)致盲或者干擾的問題。當正午陽光照射在墻面上，激光雷達還能測到數據嗎？

像是下圖中，不但在5米處毫無壓力的檢測出了陽光直射的墻面，同時也順利的探測了環(huán)境周圍其他物體。

其實，任何一款好產品都不僅僅是它所標識的核心參數那么簡單。背后一定還存在著更多的邏輯，和相互之間的牽扯。雖然你未必熟悉過，但它們默默的守護著這款產品在實際工作中表現(xiàn)出色。技術細節(jié)有千千萬萬，但不變的都對于一款產品的執(zhí)著。

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