激光雷達（LiDAR）作為先進的感知技術之一，已廣泛應用於自動駕駛、機器人、無人機等領域。根據其掃描線數的不同，激光雷達可分為單線、16線、32線、128線等多種型號。每種類型在性能、應用場景和技術特點上各有優勢與限制。本文將從技術性能、應用場景以及優劣勢等方面，對這些不同線數的TOF（Time of Flight）激光雷達進行全面對比。
一、單線TOF激光雷達
技術性能：
- 掃描方式：通常採用機械旋轉結構，以單一激光束進行環繞掃描。
- 分辨率：每秒僅能獲取一條水平平面的點雲數據。
- 測距範圍：多數為0.1米至100米，適用於近距離測量。
- 掃描頻率：通常為10Hz至20Hz。
應用場景：
- 室內導航：如掃地機器人、小型物流機器人等，用於避障與簡單地圖構建。
- 測距檢測：如停車輔助系統或其他簡單距離感知應用。
優勢與限制：
- 優勢：成本低、體積小，適合對數據需求不高的應用。
- 限制：因缺少垂直掃描能力，無法捕捉三維結構信息，對複雜環境的適應性較差。
二、16線TOF激光雷達
技術性能：
- 掃描方式：多線激光器同時發射，通過機械旋轉實現三維環境感知。
- 分辨率：點雲密度明顯提升，可同時獲取16條掃描線數據。
- 測距範圍：50米至150米，適合中距離環境感知。
- 掃描頻率：典型值在10Hz至20Hz之間。
應用場景：
- 自動駕駛：可用於低速行駛環境的障礙物檢測與導航，如泊車輔助或城市街道行駛。
- 無人機測繪：適用於中等精度的地形建模與簡單環境勘測。
優勢與限制：
- 優勢：兼顧成本與性能，提供基本的三維感知能力，適合入門級應用。
- 限制：掃描精度和點雲密度不高，難以應對高速或複雜場景需求。
三、32線TOF激光雷達
技術性能：
- 掃描方式：與16線激光雷達相似，但激光器數量增加至32個，點雲密度顯著提升。
- 分辨率：垂直角分辨率更高，可捕捉更多環境細節。
- 測距範圍：50米至200米，適用於中長距離測量。
- 掃描頻率：通常在20Hz至30Hz之間。
應用場景：
- 自動駕駛：適用於高速行駛環境，如高速公路的車輛檢測與路徑規劃。
- 智慧城市建設：可用於交通流量監測、基礎設施檢測等。
- 精準農業：如農田測繪與作物健康監測
優勢與限制：
- 優勢：點雲數據質量高，能夠提供精細的三維環境感知能力。
- 限制：成本比16線型號更高，且重量增加可能影響小型設備的應用。
四、128線TOF激光雷達
技術性能：
- 掃描方式：擁有128個激光發射器，同時發射並進行精細的三維環境建模。
- 分辨率：具有超高的點雲密度，可捕捉複雜場景中最微小的細節。
- 測距範圍：200米至300米以上，適用於長距離探測。
- 掃描頻率：30Hz至50Hz，滿足高速移動場景的需求。
應用場景：
- 全自動駕駛：適用於L4/L5級別自動駕駛，能夠應對城市、郊區與高速場景的複雜環境感知需求。
- 高精度測繪：適用於大範圍的三維地圖生成與高精度地形建模。
- 工業自動化：用於大規模物流中心、港口自動化等需要高精度感知的場景。
優勢與限制：
- 優勢：性能卓越，數據精度與密度無可比擬，能夠適應最苛刻的應用需求。
- 限制：成本高昂，功耗較大，對硬件設計與散熱要求較高。
五、綜合比較與選型建議
| 類型 | 掃描線數 | 測距範圍 | 點雲密度 | 成本 | 適用場景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 單線 | 1 | 0.1-100米 | 低 | 低 | 室內導航、小型機器人 |
| 16線 | 16 | 50-150米 | 中 | 中低 | 入門級自動駕駛、無人機測繪 |
| 32線 | 32 | 50-200米 | 高 | 中高 | 高速場景自動駕駛、智慧城市建設 |
| 128線 | 128 | 200-300米 | 非常高 | 高 | 高精度自動駕駛、工業自動化 |
單線、16線、32線和128線TOF激光雷達在技術性能和應用場景上展現出明顯的層次差異。單線雷達因成本低而適用於簡單的距離測量與室內導航；16線雷達以入門級的三維感知能力滿足中低速場景需求；32線雷達以更高的點雲密度適合複雜的高速場景；而128線雷達憑藉卓越的精度和密度，成為高端應用的首選。
在選型時，需根據應用需求平衡性能與成本。例如，自動駕駛領域可根據功能需求選擇16線、32線或128線雷達；而對成本敏感的應用則可考慮單線或16線雷達。在未來，隨著激光雷達技術的進一步發展，不同線數型號的性能將持續提升，其應用範圍也將更加廣泛。