机器人 无人机概念市场兴起什么样的测距技术能更好避障？

调研机构观察，随着机器人(Robot)、无人机(Drone)、无人搬运车、自动驾驶等新概念系统的兴起，连带刺激测距与避障(Obstacle Avoidance)技术需求。

其中测距为避障的基础，并有多种技术可以实现测距，包含无线射频(Radio Frequency；RF)、超音波(Ultrasonic)、红外线(Infrared)以及激光/雷射(Laser)等。这些技术各有其优缺点，且成本也有差异性。

其中，红外线与激光属光电半导体技术，分别运用红外线二极管(Infrared Light-Emitting Diode；IR LED)及激光二极管(Laser Diode；LD)的发波，而后接收回波来辨识物体的距离，红外线技术适合短距离运用，激光技术则适合长距离范畴。另外，常见的避障技术还有无线射频、超音波技术等，它们则常见于汽车领域应用。

红外线角度测距原理

一般的红外测距都是采用三角测距的原理。红外发射器按照一定角度发射红外光束，遇到物体之后，光会反向回来，检测到反射光之后，通过结构上的几何三角关系，就可以计算出物体距离D。

当D的距离足够近的时候，上图中L值会相当大，如果超过CCD的探测范围，这时，虽然物体很近，但是传感器反而看不到了。当物体距离D很大时，L值就会很小，测量精度会变差。因此，常见的红外传感器测量距离都比较近。另外，对于透明的或者近似黑体的物体，红外传感器是无法检测距离的。

激光相位差测距原理示意图

资料来源：home.roboticlab.eu，DIGITIMES整理

常见的激光雷达则是基于飞行时间的（ToF，time of flight），通过测量激光的飞行时间来进行测距d=ct/2，其中d是距离，c是光速，t是从发射到接收的时间间隔。激光雷达包括发射器和接收器 ，发射器用激光照射目标，接收器接收反向回的光波。

对飞行时间的测量也有不同的方法，比如使用脉冲激光；另一种发射调频后的连续激光波，通过测量接收到的反射波之间的差频来测量时间。

比较简单的方案是测量反射光的相移，传感器以已知的频率发射一定幅度的调制光，并测量发射和反向信号之间的相移，如下图三。调制信号的波长为lamda=c/f，其中c是光速，f是调制频率，测量到发射和反射光束之间的相移差theta之后，距离可由lamda*theta/4pi计算得到，如下图四。

图三

图四

激光雷达的测量距离可以达到几十米甚至上百米，角度分辨率高，通常可以达到零点几度，测距的精度也高。但测量距离的置信度会反比于接收信号幅度的平方，因此，黑体或者远距离的物体距离测量不会像光亮的、近距离的物体那么好的估计。并且，对于透明材料，比如玻璃，激光雷达就无能为力了。此外，由于结构的复杂、器件成本高，激光雷达的成本也很高。

调研机构认为，

激光测距技术因价格较高，在室内慢速移动的系统上，较难取代红外线或超音波技术，但激光的精确度高、可侦测的距离远等特性，则适用于户外高速移动系统，如高速行车、无人机飞行等。

短期内业者偏向采取折衷方式，即各类系统使用多组或混用各种测距技术，确保侦测的可靠度，并维持侦测系统价格不致于过高，以提升市场普及度。