激光雷达探测技术解析：APD、SPAD与SiPM

"该文档是关于激光雷达技术中使用的不同类型的探测器——APD（雪崩光电二极管）、SPAD（单光子雪崩二极管）和SiPM（硅光电倍增管）的分析。文档包含了LiDAR的基本术语和定义，包括激光雷达的分类、关键性能指标以及点云相关概念。此外，还讨论了激光雷达的探测概率、帧率、盲区、最大探测距离、视场角和精度等重要参数。" 激光雷达(LiDAR)是一种利用激光光束探测目标并获取其三维信息和速度的技术。根据扫描方式，LiDAR可以分为机械旋转、半固态和固态三类。机械旋转LiDAR依靠电机驱动的旋转阵列进行全方位扫描，而半固态和固态LiDAR则使用微振镜、转镜或光学相控阵(OPA)、闪光(Flash)、连续波(FMCW)等非机械方法实现部分视场角的探测。 点云是LiDAR系统收集到的三维空间中的离散点集，包含位置、反射率和时间戳等信息。在点云处理中，噪点和拖点是常见的问题。噪点是指不存在真实目标但出现在点云中的点，而拖点则是由于激光束在相邻物体边缘产生的虚假交点。 LiDAR的性能指标至关重要，探测概率(POD)衡量实际回波与理论回波的匹配程度，即检出率。帧率是系统对同一目标点进行探测的频率，例如10Hz或20Hz。盲区是LiDAR能稳定输出满足精度要求的点云的最小距离，而最大探测距离是能得到回波的最远距离。视场角(FOV)定义了点云覆盖的空间角度，分为水平(HFOV)和垂直(VFOV)两个方向。角分辨率是LiDAR区分相邻物体间最小角度的能力，而精度则描述了在重复测量下测量值的一致性，通常通过标准差(σ)来表示。 APD、SPAD和SiPM是LiDAR系统中常用的探测器类型。APD具有较高的增益和响应速度，适合高速应用；SPAD能够检测单个光子，特别适合低光照环境；SiPM则提供高灵敏度和良好的噪声性能，常用于远距离探测。这些探测器的选择取决于应用场景的需求，如探测距离、环境光照条件、功耗和成本等因素。