深度好文：自動(dòng)駕駛中的激光雷達究竟有何特效？

　　當時(shí)他們用的基本上是 SICK 公司的單線(xiàn)激光雷達。特別是斯坦福大學(xué)的參賽車(chē)，光是上方就裝了五個(gè)激光雷達，我們可以認為它是多線(xiàn)激光雷達的“鼻祖”，只不過(guò)它是用了五個(gè)單線(xiàn)激光雷達來(lái)實(shí)現多線(xiàn)激光雷達的功能。

　　2007 年 Velodyne 推出 64 線(xiàn)激光雷達以后，很多自動(dòng)駕駛車(chē)輛基本上采用了 Velodyne 的產(chǎn)品。但這是不是就是說(shuō)明，單線(xiàn)激光雷達在輔助或者自動(dòng)駕駛里沒(méi)有市場(chǎng)?

　　我認為不是。因為單線(xiàn)激光雷達有它的特點(diǎn)，比如說(shuō)，在高重復頻率、高角度分辨率上，多線(xiàn)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(chē)未來(lái)挑戰賽部分參賽車(chē)的照片?？梢钥吹?，除了使用 Velodyne 多線(xiàn)激光雷達、Ibeo 多線(xiàn)激光雷達外，他們都安裝了 SICK 單線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)激光比多線(xiàn)激光雷達有優(yōu)勢得多，因為單線(xiàn)激光雷達的角分辨率可以做得比多線(xiàn)激光雷達高，這一點(diǎn)在探測小物體或者行人里非常有用。

　　上圖是 Ibeo 當時(shí)做的單線(xiàn)激光雷達的宣傳視頻截圖，圖中它實(shí)現的一個(gè)功能是前向防碰撞。比如，在行駛路上，左側突然出現一輛車(chē)，激光雷達可以探測到車(chē)的位置和大小以后，實(shí)現自動(dòng)避讓。

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

　　上圖是激光雷達在車(chē)道檢測和車(chē)道偏航預警的應用?？赡芎芏嗳藭?huì )問(wèn)一個(gè)問(wèn)題，為什么要用激光雷達來(lái)做車(chē)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(shí)候，如果樹(shù)蔭落下斑斑點(diǎn)點(diǎn)的陽(yáng)光，再結合白色車(chē)道線(xiàn)，我們非常難把車(chē)道線(xiàn)識別出來(lái)，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(lái)做車(chē)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(jiàn)光要低得多。第二，我們會(huì )加一個(gè)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(jìn)行探測。這樣我們就能獲得一張非常高質(zhì)量的車(chē)道線(xiàn)圖像，通過(guò)圖像的灰度，就能非常容易把車(chē)道線(xiàn)檢測出來(lái)。換句話(huà)說(shuō)，用激光雷達來(lái)做車(chē)道線(xiàn)檢測，它的性能會(huì )比相機要高。

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

　　ACC(Stop&Go)的應用。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(guò)前向激光雷達直接探測到前面的汽車(chē)運動(dòng)來(lái)獲得前車(chē)的準確距離信息，然后通過(guò)控制汽車(chē)自動(dòng)進(jìn)行跟隨。

　　精彩問(wèn)答

　　問(wèn)：能否利用多線(xiàn)來(lái)模擬少線(xiàn)?比如從 64 線(xiàn)數據中選取其中 16 線(xiàn)數據，和直接使用 16 線(xiàn)激光獲得的數據相比，會(huì )有什么區別?

　　朱少嵐：可以用多線(xiàn)來(lái)模擬少線(xiàn)，Velodyne 的多線(xiàn)激光雷達就可以進(jìn)行設計。但是從多線(xiàn)里面選取少數幾線(xiàn)，在俯仰角度方向的分辨率就會(huì )降低。因為多線(xiàn)激光雷達的沒(méi)一線(xiàn)之間的角度都是固定的，要么間隔著(zhù)選，要么連續選。主要還是根據實(shí)際需要來(lái)選擇。

　　問(wèn)：對于固態(tài)激光雷達，制造單線(xiàn)和多線(xiàn)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，制造單線(xiàn)和多線(xiàn)的難度差別并不大。但如果固態(tài)掃描器件只能實(shí)現一維掃描，那么做多線(xiàn)雷達就必須采用多個(gè)單線(xiàn)雷達來(lái)拼，需要解決每個(gè)模塊之間的配合和串擾問(wèn)題，體積也會(huì )比較大，這種多線(xiàn)激光雷達的難度就會(huì )大一些。

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

　　朱少嵐：這是個(gè)死區。如果激光雷達遇上吸光障礙物，將無(wú)法有效接收到目標反射回來(lái)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(huì )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(wèn)題，從我現有的知識面來(lái)看，只能通過(guò)增加發(fā)射激光功率來(lái)解決，但不是一個(gè)好的方法。

　　問(wèn)：目前的單線(xiàn)、多線(xiàn)激光雷達方案是否屬于一種過(guò)渡性方案，最終會(huì )過(guò)渡到面陣激光雷達，不存在旋轉機構，可以和車(chē)身進(jìn)行融合，不用頭頂犄角?

　　朱少嵐：是的。我認為激光雷達肯定會(huì )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(shí)可以獲得目標的光譜信息。

　　一旦實(shí)現凝視成像后，激光雷達就和目前的可見(jiàn)光相機一樣輕巧，可以和車(chē)身進(jìn)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(wèn)：面陣激光雷達的光源芯片個(gè)探測器芯片目前國內有比較好的方案或者產(chǎn)品么?進(jìn)行這方面研究的機構據您所知都有哪些呢，比較可能在這方面有突破的研究機構會(huì )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(gè)研究所在從事這方面的研究和開(kāi)發(fā)，為兵器、中電和科學(xué)院的研究所，包括我們西安光機所，但到目前為止還沒(méi)見(jiàn)到有商業(yè)化的產(chǎn)品出來(lái)。

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

　　問(wèn)：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(chē)輛是下午 5 點(diǎn)多朝西走，在強烈的光照條件下，性能并沒(méi)受到影響。

　　問(wèn)：目前國內具不具備激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈?激光雷達的算法一般由誰(shuí)來(lái)提供?單線(xiàn)激光雷達的價(jià)位和未來(lái) 5 年的價(jià)格曲線(xiàn)是什么?

　　朱少嵐：目前國內激光的產(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(kāi)發(fā)工作。

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