深度好文：自動駕駛中的激光雷達究竟有何特效？

　　當時他們用的基本上是 SICK 公司的單線激光雷達。特別是斯坦福大學的參賽車，光是上方就裝了五個激光雷達，我們可以認為它是多線激光雷達的“鼻祖”，只不過它是用了五個單線激光雷達來實現(xiàn)多線激光雷達的功能。

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

　　我認為不是。因為單線激光雷達有它的特點，比如說，在高重復頻率、高角度分辨率上，多線激光雷達很難達到同樣的技術(shù)指標。

　　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?，除了使用 Velodyne 多線激光雷達、Ibeo 多線激光雷達外，他們都安裝了 SICK 單線激光雷達。西安交大因為與我們有合作，所以用了我們的單線激光雷達。

　　在行人探測、障礙物探測(小目標探測)以及前方障礙物探測等方面上，單線激光比多線激光雷達有優(yōu)勢得多，因為單線激光雷達的角分辨率可以做得比多線激光雷達高，這一點在探測小物體或者行人里非常有用。

　　上圖是 Ibeo 當時做的單線激光雷達的宣傳視頻截圖，圖中它實現(xiàn)的一個功能是前向防碰撞。比如，在行駛路上，左側(cè)突然出現(xiàn)一輛車，激光雷達可以探測到車的位置和大小以后，實現(xiàn)自動避讓。

　　這個技術(shù)在現(xiàn)在智能機器人、服務機器人上非常有用，而且目前這一塊也是比較熱的領域。

　　上圖是激光雷達在車道檢測和車道偏航預警的應用。可能很多人會問一個問題，為什么要用激光雷達來做車道檢測而不用相機，ADAS 算法不是非常成熟嗎，為什么非得用激光雷達?

　　這是因為相機特別容易受到背景光或者強光的干擾。比如，我們在林蔭大道行走的時候，如果樹蔭落下斑斑點點的陽光，再結(jié)合白色車道線，我們非常難把車道線識別出來，而且識別概率在復雜的光照或者在強光照射條件下，它的識別概率非常非常低，算法也非常復雜。

　　那么，用激光雷達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，我們會加一個非常窄的濾光片，把強背景光直接濾除。然后我們再用紅外光對它進行探測。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，用激光雷達來做車道線檢測，它的性能會比相機要高。

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

　　ACC(Stop&Go)的應用。這個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直接探測到前面的汽車運動來獲得前車的準確距離信息，然后通過控制汽車自動進行跟隨。

　　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 的多線激光雷達就可以進行設計。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降低。因為多線激光雷達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)實際需要來選擇。

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

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

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

　　朱少嵐：這是個死區(qū)。如果激光雷達遇上吸光障礙物，將無法有效接收到目標反射回來的回波信號，測量不出目標的位置信息。如果是鏡面反射障礙物，就會形成多路徑效應。如果遇上透光的玻璃，就有可能探測到玻璃后面的目標。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)有的知識面來看，只能通過增加發(fā)射激光功率來解決，但不是一個好的方法。

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

　　朱少嵐：是的。我認為激光雷達肯定會由掃描雷達向凝視成像，也就是面陣成像激光雷達發(fā)展，甚至想多光譜凝視成像方向發(fā)展，同時可以獲得目標的光譜信息。

　　一旦實現(xiàn)凝視成像后，激光雷達就和目前的可見光相機一樣輕巧，可以和車身進行完美的融合。但目前激光雷達的面陣探測器技術(shù)難度非常大，成本很高。

　　問：面陣激光雷達的光源芯片個探測器芯片目前國內(nèi)有比較好的方案或者產(chǎn)品么?進行這方面研究的機構(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構(gòu)會是哪一些?

　　朱少嵐：面陣激光雷達的探測器芯片目前至少有四個研究所在從事這方面的研究和開發(fā)，為兵器、中電和科學院的研究所，包括我們西安光機所，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，無法進行準確判斷。西安光機所的樣片已經(jīng)出來，但性能還需進行深入優(yōu)化。

　　問：傲視智繪 HLD-1L01 激光點是每秒多少個的?之前分享中也提到了 TOF，TOF 不是在室外會很弱嗎?

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

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

　　朱少嵐：目前國內(nèi)激光的產(chǎn)業(yè)鏈是成熟的。激光雷達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。

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