深度好文：自動(dòng)駕駛中的激光雷達(dá)究竟有何特效？

　　當(dāng)時(shí)他們用的基本上是 SICK 公司的單線激光雷達(dá)。特別是斯坦福大學(xué)的參賽車，光是上方就裝了五個(gè)激光雷達(dá)，我們可以認(rèn)為它是多線激光雷達(dá)的“鼻祖”，只不過它是用了五個(gè)單線激光雷達(dá)來實(shí)現(xiàn)多線激光雷達(dá)的功能。

　　2007 年 Velodyne 推出 64 線激光雷達(dá)以后，很多自動(dòng)駕駛車輛基本上采用了 Velodyne 的產(chǎn)品。但這是不是就是說明，單線激光雷達(dá)在輔助或者自動(dòng)駕駛里沒有市場?

　　我認(rèn)為不是。因?yàn)閱尉€激光雷達(dá)有它的特點(diǎn)，比如說，在高重復(fù)頻率、高角度分辨率上，多線激光雷達(dá)很難達(dá)到同樣的技術(shù)指標(biāo)。

　　上圖是今年在常熟中國智能車未來挑戰(zhàn)賽部分參賽車的照片?？梢钥吹剑耸褂?Velodyne 多線激光雷達(dá)、Ibeo 多線激光雷達(dá)外，他們都安裝了 SICK 單線激光雷達(dá)。西安交大因?yàn)榕c我們有合作，所以用了我們的單線激光雷達(dá)。

　　在行人探測、障礙物探測(小目標(biāo)探測)以及前方障礙物探測等方面上，單線激光比多線激光雷達(dá)有優(yōu)勢得多，因?yàn)閱尉€激光雷達(dá)的角分辨率可以做得比多線激光雷達(dá)高，這一點(diǎn)在探測小物體或者行人里非常有用。

　　上圖是 Ibeo 當(dāng)時(shí)做的單線激光雷達(dá)的宣傳視頻截圖，圖中它實(shí)現(xiàn)的一個(gè)功能是前向防碰撞。比如，在行駛路上，左側(cè)突然出現(xiàn)一輛車，激光雷達(dá)可以探測到車的位置和大小以后，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避讓。

　　這個(gè)技術(shù)在現(xiàn)在智能機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人上非常有用，而且目前這一塊也是比較熱的領(lǐng)域。

　　上圖是激光雷達(dá)在車道檢測和車道偏航預(yù)警的應(yīng)用?？赡芎芏嗳藭?huì)問一個(gè)問題，為什么要用激光雷達(dá)來做車道檢測而不用相機(jī)，ADAS 算法不是非常成熟嗎，為什么非得用激光雷達(dá)?

　　這是因?yàn)橄鄼C(jī)特別容易受到背景光或者強(qiáng)光的干擾。比如，我們在林蔭大道行走的時(shí)候，如果樹蔭落下斑斑點(diǎn)點(diǎn)的陽光，再結(jié)合白色車道線，我們非常難把車道線識(shí)別出來，而且識(shí)別概率在復(fù)雜的光照或者在強(qiáng)光照射條件下，它的識(shí)別概率非常非常低，算法也非常復(fù)雜。

　　那么，用激光雷達(dá)來做車道檢測有什么好處?第一，我們用的是紅外激光，這種激光本身在紅外波段的輻射比可見光要低得多。第二，我們會(huì)加一個(gè)非常窄的濾光片，把強(qiáng)背景光直接濾除。然后我們再用紅外光對它進(jìn)行探測。這樣我們就能獲得一張非常高質(zhì)量的車道線圖像，通過圖像的灰度，就能非常容易把車道線檢測出來。換句話說，用激光雷達(dá)來做車道線檢測，它的性能會(huì)比相機(jī)要高。

　　單線激光雷達(dá)在輔助駕駛里的應(yīng)用是行人探測，實(shí)際上這也是一個(gè)前向防碰撞的應(yīng)用，與汽車防碰撞基本類似。由于單線激光雷達(dá)的角分辨率可以做到比多線激光雷達(dá)高，可在更遠(yuǎn)的距離提前發(fā)現(xiàn)行人，為控制系統(tǒng)或駕駛員留出更多的預(yù)警時(shí)間。

　　ACC(Stop&Go)的應(yīng)用。這個(gè)功能在目前中國城市交通擁堵的情況下特別適用，它是通過前向激光雷達(dá)直接探測到前面的汽車運(yùn)動(dòng)來獲得前車的準(zhǔn)確距離信息，然后通過控制汽車自動(dòng)進(jìn)行跟隨。

　　精彩問答

　　問：能否利用多線來模擬少線?比如從 64 線數(shù)據(jù)中選取其中 16 線數(shù)據(jù)，和直接使用 16 線激光獲得的數(shù)據(jù)相比，會(huì)有什么區(qū)別?

　　朱少嵐：可以用多線來模擬少線，Velodyne 的多線激光雷達(dá)就可以進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是從多線里面選取少數(shù)幾線，在俯仰角度方向的分辨率就會(huì)降低。因?yàn)槎嗑€激光雷達(dá)的沒一線之間的角度都是固定的，要么間隔著選，要么連續(xù)選。主要還是根據(jù)實(shí)際需要來選擇。

　　問：對于固態(tài)激光雷達(dá)，制造單線和多線在技術(shù)難度上會(huì)有多大差別?

　　朱少嵐：如果是可以進(jìn)行二維掃描固態(tài)掃描的激光雷達(dá)，制造單線和多線的難度差別并不大。但如果固態(tài)掃描器件只能實(shí)現(xiàn)一維掃描，那么做多線雷達(dá)就必須采用多個(gè)單線雷達(dá)來拼，需要解決每個(gè)模塊之間的配合和串?dāng)_問題，體積也會(huì)比較大，這種多線激光雷達(dá)的難度就會(huì)大一些。

　　問：對于吸光障礙物無法保證光線有效反射回來，目前激光雷達(dá)技術(shù)是否有相應(yīng)的措施解決這個(gè)問題?

　　朱少嵐：這是個(gè)死區(qū)。如果激光雷達(dá)遇上吸光障礙物，將無法有效接收到目標(biāo)反射回來的回波信號(hào)，測量不出目標(biāo)的位置信息。如果是鏡面反射障礙物，就會(huì)形成多路徑效應(yīng)。如果遇上透光的玻璃，就有可能探測到玻璃后面的目標(biāo)。這是由光的物理屬性決定的。

　　要解決吸光障礙物問題，從我現(xiàn)有的知識(shí)面來看，只能通過增加發(fā)射激光功率來解決，但不是一個(gè)好的方法。

　　問：目前的單線、多線激光雷達(dá)方案是否屬于一種過渡性方案，最終會(huì)過渡到面陣激光雷達(dá)，不存在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可以和車身進(jìn)行融合，不用頭頂犄角?

　　朱少嵐：是的。我認(rèn)為激光雷達(dá)肯定會(huì)由掃描雷達(dá)向凝視成像，也就是面陣成像激光雷達(dá)發(fā)展，甚至想多光譜凝視成像方向發(fā)展，同時(shí)可以獲得目標(biāo)的光譜信息。

　　一旦實(shí)現(xiàn)凝視成像后，激光雷達(dá)就和目前的可見光相機(jī)一樣輕巧，可以和車身進(jìn)行完美的融合。但目前激光雷達(dá)的面陣探測器技術(shù)難度非常大，成本很高。

　　問：面陣激光雷達(dá)的光源芯片個(gè)探測器芯片目前國內(nèi)有比較好的方案或者產(chǎn)品么?進(jìn)行這方面研究的機(jī)構(gòu)據(jù)您所知都有哪些呢，比較可能在這方面有突破的研究機(jī)構(gòu)會(huì)是哪一些?

　　朱少嵐：面陣激光雷達(dá)的探測器芯片目前至少有四個(gè)研究所在從事這方面的研究和開發(fā)，為兵器、中電和科學(xué)院的研究所，包括我們西安光機(jī)所，但到目前為止還沒見到有商業(yè)化的產(chǎn)品出來。

　　由于我對其他研究所的技術(shù)狀態(tài)不是很了解，無法進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。西安光機(jī)所的樣片已經(jīng)出來，但性能還需進(jìn)行深入優(yōu)化。

　　問：傲視智繪 HLD-1L01 激光點(diǎn)是每秒多少個(gè)的?之前分享中也提到了 TOF，TOF 不是在室外會(huì)很弱嗎?

　　朱少嵐：傲視智繪目前的 HLD-L01 目前是 36k 點(diǎn)/s。采用脈沖測距體制的 TOF 法抗強(qiáng)光干擾能力比較強(qiáng)，在室外受影響比較低。在我們路測的圖片中，車輛是下午 5 點(diǎn)多朝西走，在強(qiáng)烈的光照條件下，性能并沒受到影響。

　　問：目前國內(nèi)具不具備激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈?激光雷達(dá)的算法一般由誰來提供?單線激光雷達(dá)的價(jià)位和未來 5 年的價(jià)格曲線是什么?

　　朱少嵐：目前國內(nèi)激光的產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)浅墒斓?。激光雷達(dá)算法很多科研院所和公司都可以提供，譬如我們的合作方鴻逸達(dá)就可以提供算法，我們公司目前也正在做部分這方面的開發(fā)工作。

　　單線激光雷達(dá)的價(jià)位主要和產(chǎn)量相關(guān)，未來 5 年的價(jià)格曲線我現(xiàn)在不好預(yù)估。如果量上不去，成本肯定不會(huì)太低。