從測距到3D成像的簡單邏輯了解激光雷達工作原理

    提到激光雷達，很多人會聯想到自動駕駛的“眼睛”、測繪領域的“精準尺”，但它的核心工作邏輯其實遠比想象中樸實——一切都從“測距”開始，再通過簡單的技術轉化，實現我們熟悉的3D感知。

    一、激光雷達的核心：脈沖法測距
    激光雷達的成像基礎是精準測距，而目前主流且應用最廣的，就是網頁中提到的脈沖法（飛行時間法，ToF法）。它的原理和我們日常“喊一聲聽回聲算距離”的邏輯幾乎一致，只是把“聲音”換成了激光，把“耳朵”換成了精密儀器。
    1.核心組件很精簡：脈沖法的實現只需要三個關鍵部分——發出短暫光信號的脈沖激光器、接收反射光的光電探測器，以及記錄時間的高精度計時器。
    2.工作流程一步通：整個測距過程可以拆解為三個步驟。第一步，脈沖激光器發射一束激光，同時計時器開始“計時”；第二步，激光碰到待測物體（比如墻面、汽車、樹木）后反射回來；第三步，反射光被光電探測器捕捉，探測器會把光信號轉換成電信號，傳給計時器讓其“停止計時”。
    3.距離計算有公式：知道了激光的飛行時間，就能用“距離=時間×光速÷2”算出結果。這里的“÷2”很關鍵，因為激光要走“發射→反射→接收”一個來回。網頁中提到“1米對應6.67納秒（ns）”，正是因為光速約30萬公里/秒，1米往返的時間剛好是這個數值。而計時器的精度能達到皮秒（ps）級，這也讓激光雷達的測距精度通常能做到厘米（cm）級。

    二、從“點”到“圖”：深度圖、強度圖與3D點云
    只測一個點的距離沒意義，激光雷達的價值在于“多測幾個點”，并把這些點的信息轉化成可視化的圖像，最終生成3D點云。
    先有“距離圖”和“亮度圖”：當激光雷達對一個區域的多個點進行測距后，會得到兩種基礎圖像。一種是深度圖（距離圖像），用不同色彩代表物體的遠近，比如紅色表示近、藍色表示遠；另一種是強度圖，類似我們手機拍的照片，記錄的是激光反射的強度——反射越強，畫面越亮，去掉色彩后就是黑白圖。
    再轉“3D點云圖”：深度圖只是“平面上的距離信息”，要變成3D效果，還需要結合相機的參數。因為激光雷達的視場角、像素數量是固定的，每個像素對應的“方位角”（比如這個點在左上方多少度）很容易推算。此時，深度圖提供了“距離（球坐標系中的r）”，方位角提供了“方向”，把這兩個信息轉換成笛卡爾坐標系（X、Y、Z軸）的坐標，就能得到我們常說的3D點云圖。
    值得一提的是，點云圖里的顏色不一定和距離相關——就像給3D模型上色，顏色可以用來標注不同物體（比如道路用灰色、車輛用紅色），具體代表什么，全看我們的需求設定。

    三、原理之外：激光雷達的“道”與“術”
    網頁中提到“大道至簡”，激光雷達的底層邏輯確實如此——測距靠光的飛行時間，成像靠點的組合轉換。但要做出能用、好用的激光雷達，光懂“原理”還不夠，必須“道與術兼備”。
    “道”是底層邏輯，是我們前面講的“脈沖測距”“坐標轉換”；而“術”是實現細節：比如如何讓激光器發出更穩定的脈沖、如何讓探測器在復雜環境（雨天、灰塵）中準確捕捉反射光、如何把計時器的精度再提高一個量級……這些“術”的突破，才是激光雷達從“理論”走向“應用”的關鍵。

    其實，很多看似復雜的技術，核心邏輯都很簡單。激光雷達之所以讓人覺得“高深”，更多是因為工程實現中的細節打磨。