激光雷达是一种激光技术，可以捕捉物体或空间的三维表面。激光雷达 "是 "LIght Detection And Ranging"的缩写。
这项技术的起源可以追溯到 1938 年，当时人们首次使用脉冲光来测量云层的高度（说真的）。但不要被它蒙蔽了双眼：激光雷达对机器人、自动驾驶汽车、太空探索、勘测、建筑、工程、施工 等各种尖端行业至关重要。
在 iPhone 的摄像头旁边甚至可能有一个激光雷达传感器，或者可以引导你的机器人真空吸尘器，以免它从楼梯上摔下来。
它的工作原理是什么？
今天，我们将重点介绍三维捕捉应用中最常用的激光雷达类型。它的工作原理是 "飞行时间"。就像激光测距仪用来测量房间的尺寸一样。
让我们先来探讨一下飞行时间法在激光测距仪中的作用。
- 装置发射激光
- 激光从墙面反弹
- 并返回至设备
- 该装置测量的发射和返回所用的时间（也被称为激光的飞行时间）。
- 设备计算出与墙壁的距离
该装置如何做到这一点？大家都知道，光速是恒定的。如果我们看一下利用飞行时间计算距离的简单等式（距离 = 速度 x 时间），就会发现设备现在已经知道了两个变量：速度和时间。它可以轻松计算出距离。就是这样。
还有一些其他类型的激光雷达传感器，包括一些利用波形失真测量距离的传感器。我们将在以后的文章中介绍这些类型。
激光雷达3D扫描仪是如何工作的？
要使用这种激光雷达传感器捕捉三维空间，你需要一种方法来引导激光，使其自动扫描空间。多年来，制造商们开发出了许多巧妙的方法，包括微芯片和旋转电机。
最古老的方法是镜子。当激光器每秒发射数十万个脉冲时，镜子沿两个轴向旋转，引导激光，然后覆盖周围环境。
只需几秒钟，这种简易 3D 激光扫描仪就能测量三维空间中的数百万个点。这就产生了一个单点测量云，也就是激光雷达传感器产生的基本数据类型--点云。
激光雷达扫描仪还包含什么技术？
您可能会用到的任何三维激光扫描仪都不仅仅是一个简单的激光雷达传感器和一种引导激光的方法。它还包括一些更重要的技术，让您可以轻松捕捉环境。
一个激光雷达扫描仪可能包括：
- 倾角计、加速计或IMU （惯性测量单元）
如上所述，激光雷达传感器根本不知道什么是向上或向下。这些机构利用重力，使三维激光扫描仪能够了解其在空间中的姿态，并正确定位点云。 - 摄像头
并非所有设备都配有摄像头，但摄像头可使三维激光扫描仪传感器捕捉周围环境的颜色信息以及距离和强度信息。摄像头有时也用于移动扫描 系统，作为SLAM 算法的另一个数据流。
(该算法是让您边走边拍的技术。您可以在我们的学习页面了解有关SLAM 的所有信息）。 - 计算机
几乎每台 3D 扫描仪都配有一台板载计算机。它将执行控制激光雷达传感器、对点云进行某些处理以及在内存中存储点云数据等任务。在移动扫描 系统中，计算机还运行SLAM 算法。 - 屏幕
因此，您可以选择精度和距离的设置，在某些情况下还可以看到扫描的反馈信息。 - 全站仪
当三维激光扫描仪以绝对最高精度进行测量时，它可以与传统的全站仪结合使用。这样就可以轻松锁定测量控制点云。
激光雷达3D扫描可以用于哪些应用？
正如我们前面所解释的，激光雷达可用于各行各业的各种应用。但是，当激光雷达内置到三维激光扫描仪中时，激光雷达传感器专门用于测量静止物体、结构或景观。
你会看到它们被用于以下项目：
- 生成平面图
使用三维激光扫描仪捕捉办公楼等结构，并将点云切割成二维平面图，用于空间规划。 - 竣工验证
制作施工 施工现场的点云。将其与设计模型进行对比，查看是否一切按计划进行。 - 现有条件模型
在建筑项目开始之前，捕捉现场情况，制作详细的现有条件模型，以帮助设计和施工 工作流程。 - 扫描到BIM 工作流程
许多建筑物没有生成建筑信息模型或BIM 模型所需的三维数据。三维激光扫描仪可以捕捉结构，并使用点云生成三维BIM 模型。 - 勘测
捕捉景观、桥梁甚至道路，并使用数据执行虚拟勘测。 - 更多
这只是三维扫描仪应用领域的一小部分。它们还可用于林业、公共安全、法医、活动策划、大范围制图以及其他各种应用。
总结
激光雷达的世界广阔而复杂，瞬息万变，需要的不仅仅是一篇简单的说明性文章。在接下来的几个月里，我们将继续发布类似的文章，帮助您了解有关激光雷达的所有知识。
肖恩·希金斯 （Sean Higgins） 是一位独立的技术作家、前贸易出版物编辑和户外运动爱好者。他认为，关于3D技术的清晰、无流行语的写作是一项公共服务。