原标题：单线激光雷达原理揭秘：三角测距 VS ToF测距

单线激光雷达是一种发射并接收单束激光的测距雷达，其结构简单，主要由激光发射器、激光接收器构成，具备避障、导航作用。单线激光雷达根据测量原理的不同，主要分为三角测距激光雷达和TOF（Time of Flight，飞行时间）测距激光雷达。以下是对这两种测距原理的详细揭秘：

一、三角测距激光雷达

1. 基本原理

   激光三角测距法主要是通过一束激光以一定的入射角度照射被测目标，激光在目标表面发生反射和散射，在另一角度利用透镜对反射激光汇聚成像，光斑成像在CCD（Charge-coupled Device，感光耦合组件）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）位置传感器上。当被测物体沿激光方向发生移动时，位置传感器上的光斑将产生移动，其位移大小对应被测物体的移动距离。因此，可通过算法设计，由光斑位移距离计算出被测物体与基线的距离值。由于入射光和反射光构成一个三角形，对光斑位移的计算运用了几何三角定理，故该测量法被称为激光三角测距法。

2. 分类

   按入射光束与被测物体表面法线的角度关系，激光三角测距法可分为斜射式和直射式两种：

   无论是直射式还是斜射式激光三角测距法，均可实现对被测物体的高精度、非接触测量，但直射式分辨率没有斜射式高。

• 当激光光束垂直入射被测物体表面，即入射光线与被测物体表面法线共线时，为直射式激光三角法。

• 当光路系统中，激光入射光束与被测物体表面法线夹角小于90°时，该入射方式即为斜射式。

3. 技术特点

• 测量距离：三角测距激光雷达的测量距离和距离分辨率紧密相关。对于比较近的距离区间，目标距离的变化会引起成像点位置的显著变化；而当目标位于远处时，即便距离发生很大的变化，成像点的移动也较小。因此，三角测距的距离分辨率会随着距离的变远而急速下降，限制了其最大实用测量距离。

• 测量速率：三角测距激光雷达采用的CCD/CMOS通常具有数千个像素点，每接收一个返回激光点，就需要将该接收点的灰度值反馈给处理器，再计算出相对距离。该流程相对耗时较长，限制了三角测距激光雷达的扫描频率和数据处理速率。

4. 应用场景

   三角测距激光雷达凭借较为成熟的整体技术方案和较低的批量生产成本，在消费级产品上颇受欢迎，如近些年逐渐普及的扫地机器人。然而，在应用更广阔、需求更复杂的工业领域，三角测距激光雷达受到很大限制。

二、TOF测距激光雷达

1. 基本原理

   TOF测距激光雷达基于测量光的飞行时间来获取目标物的距离。其工作原理主要表现为：通过激光发射器发出一束调制激光信号，该调制光经被测物体反射后由激光探测器接收。通过测量发射激光和接收激光的相位差或时间差，即可计算出目标的距离。

2. 技术特点

• 测量距离：由于TOF测距发射的是持续时间极短的激光脉冲，因此在符合人眼安全要求的前提下，可以把光脉冲的瞬时功率提到很高的水平，从而能够探测到更远距离的目标。

• 测量精度：TOF测距通过测量光脉冲的飞行时间来计算目标距离，计时的精度不会因距离变远而发生改变。因此，在整个量程内，TOF测距的距离分辨率都不会有实质性的变化。

• 测量速率：TOF测距处理的都是高速脉冲信号，整个测量过程耗时极短，可以轻松地实现非常高的测量频率。

3. 应用场景

   TOF激光雷达性能更加优越，目前主要应用在服务机器人、AGV（Automated Guided Vehicle，自动导引车）/AMR（Autonomous Mobile Robot，自主移动机器人）、低速物流车、安防等方面。随着TOF激光雷达成本不断降低和技术的不断完善，其在消费品领域的应用潜力同样巨大。

三、三角测距与TOF测距的比较

三角测距激光雷达

TOF测距激光雷达

综上所述，三角测距激光雷达和TOF测距激光雷达各有其特点和适用场景。在选择时，需要根据具体的应用需求、成本预算和技术要求等因素进行综合考虑。