技术交流
激光雷达的历史
2022-09-07
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1638年,伽利略想计算出光的速度。于是他想到了一个办法,他提着一盏灯站在山头上并盖了起来,此时,他的助理站在另外一个山头上,在看到伽利略灯灭的瞬间也把灯盖了起来。可惜光速实在太快了,当时的技术手段没能测出光速,甚至没能判断出光速是不是无限的。伽利略的想法也就是测量光的“飞行时间”,简称TOF。

1916年,爱因斯坦提出了光的受激发射理论,人类对激光开始有了认知。激光有着精确的单一颜色和单一波长,相比自然光,激光有着亮度高、能量大、方向性好等特点。

1960年,人类研制出了第一台激光发生器,终于揭开了利用激光的序幕。根据发生器材料的不同,可以生成从紫外线(10-400nm)到可见光(390-780nm)到红外线(760-1000000nm)波段内的不同激光。

激光诞生之后便广泛应用在军事、医疗、通讯、工业、航空等各个领域,被认为是继核能、电脑、半导体之后人类最重要的发明之一。

1961年,科学家们提出了激光雷达的设想。

1969年7月美国第一次登月并在月球表面安装了一个类似镜子的后向反射器装置,在地球上向该装置发射激光,人类利用激光雷达测得了精确的地月距离。

激光的用途并没有停留在测距上,密集的激光束可以将被测物体的细节精确地建模还原,很快便被应用在了测绘、文物保护、3D建模等领域。在测绘领域,将高精度的激光雷达安置在汽车、飞机甚至卫星上可以对大范围的地形地貌进行精确地还原,且激光可以穿过狭窄的缝隙,在植被覆盖的地表也能够探测到植被下方的详细地貌,这是其他测绘雷达等无法比拟的优势。

鉴于激光的特性,在军事上为炸弹定位。飞机发射激光照射目标,同时投掷激光制导炸弹对准目标飞行,用激光随时修正自己的飞行路线,精确度非常高。

1972年4月的越南战争,美军用激光制导炸弹,仅仅经过两次轰炸就炸掉了清化大桥,此前,美军花费了七年时间都没能炸掉。相对普通航弹,激光制导炸弹显示了极高的费效比。

1997年卡尔·蔡司公司造出了第一台OCT,用激光雷达抵近患者眼球进行扫描建模,因激光雷达对于近距离的物体扫描精度很高,因此这个应用非常成功,在眼科的一线医疗上得到了迅速的普及,目前已经成为眼科的常规检查方式之一。

二十世纪九十年代末,随着人工智能的发展,自动驾驶概念飞速进步。

2004年,美国国防部高级研究计划局为找到无人驾驶汽车的解决方案发起了DARPA第一届无人驾驶车挑战赛。Velodyne参加了比赛并对激光雷达产生了兴趣,赛后制造一款360°旋转式激光雷达。

2007年,第四届DARPA举办,总共有7支车队跑完了全程,其中6支搭载了激光雷达。此时的Velodyne已经成为了专业的激光雷达制造商,并推出了其知名的64线激光雷达产品。

随着Velodyne的崛起和无人驾驶汽车配备激光雷达的前景被看好,越来越多的企业开始了车载激光雷达的研发,激光雷达的成本也开始大幅度降低。

在谷歌开始自动驾驶项目后,全球涌现出了大量的自动驾驶研发的企业,他们大都从L4级无人驾驶开始着手,自己打造测试车在法规限定的区域进行测试。

2010年,Neato公司把激光雷达安在了扫地机器人上面,推出了Neato XV-11,这个革命性的突破,正式拉开了扫地机器人普及的序幕。扫地机器人,可以看成低配版的自动驾驶。

2015年,特斯拉宣布推出AutoPilot,率先拉开了L2+、L3级自动驾驶在量产车型上的大规模普及进程。由于当时激光雷达仍然价格高昂,马斯克提出了纯视觉的自动驾驶方案,摒弃了昂贵的激光雷达。

2018年,全球领先的汽车零部件供应商法雷奥发布全球首款车规级激光雷达——Valeo SCALA,随后率先搭载在全新一代奥迪A8上。激光雷达搭载上车对汽车行业来说无疑是一场“技术革命”。

自动驾驶时代的到来,更是让激光雷达站到了舞台的正中央。

在消费电子领域,激光雷达作为一种模式创新的钥匙,也逐渐被应用。

2018年8月,OPPO发布了最新的R17Pro手机,搭载了一颗TOF 3D立体摄像头,能够实现三维建模、测距以及AR尺子等功能,本质就是一颗简单的激光雷达。

2020年3月,苹果在2020版iPad Pro上,也安装了一颗激光雷达,即DTOF摄像头,在车载激光雷达性能平平的一颗激光雷达。

大疆也把激光雷达安在了无人机上,用极低的成本,实现了人类对这个世界最初步的建模。

随着激光雷达产业链的逐步成熟,激光雷达慢慢出现在了更多的领域,未来有望发挥更大的作用。


参考文献:

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1695623605879568901&wfr=spider&for=pc

https://zhuanlan.zhihu.com/p/370264118

 

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