聊聊激光雷达原理之dTOF —— APD篇

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聊聊激光雷达原理之dTOF —— APD篇
- APD原理
- - 采集原理方面APD和SPAD的区别
- 数据处理

APD的激光雷达结构上与SPAD的基本没啥区别，之后我会专门写一下激光雷达的结构，感兴趣的朋友可以持续关注，这篇还是主要讲APD的原理。
既然是dTOF，APD的测距原理和SPAD一样，都是利用出发和返回的光的时间差来计算的，这里就不再赘述了。

APD原理

网上找了张图：

之前SPAD/SiPM的工作状态是在盖革模式，增益理论是无限的，少量或大量的光子到来时，在一次雪崩周期内，都只会产生一次计数，这个计数是被TDC采集的，而APD是工作是在线性模式，增益是有限的，不同的光子数来临时，会产生不同大小的电流，被ADC采集，将电流模拟信号转化为数字信号，因为增益是有限的，这个数字信号和实际的光强度是有对应关系的，所以APD可以直接采集到强度信息。

那么这里可以扩展讲一下：

采集原理方面APD和SPAD的区别

	APD	SPAD
采样	由ADC采样，单个APD可以在一个采样时间内输出强度信息	由TDC采样，单个SPAD在一个采样时间内只有输出一个count（这里假设积分时间小于SPAD dead time）
相同成本下采样频率	低	高
所需光源能量	高	低

理想情况下，SPAD激光雷达可以有更高的帧率且需要更少的光源能量，且TDC更小的采样时间可以得到更高的测距精度，很perfect对不对，而实际上，SPAD需要一个阵列才能够实际使用（模拟强度，减小false alarm），且SPAD目前实际使用的单帧测距需要在一个积分时间内多次测距取直方图的和来抑制噪声的影响。所以实际的帧率和光源能量确实会有优势，但也没有想象中的那么“美好”，当然，这也是精度/成本/帧率之间的trade off。

数据处理

不赘述了，和SPAD的处理方式类似，利用采样周期里采集到的波形，波形同样也是类高斯的，判断峰的区间，用各种寻峰方式来计算峰的亚像素位置。因为不存在Pile-up的问题，所以APD的lidar 受靶面的材质影响会小一些，但具体还是与测距的算法有关。

关于APD的也就先讲这么多吧，有问题欢迎在评论区补充。