激光雷達(dá)在自動駕駛中的作用 華為激光雷達(dá)參數(shù)詳解

新勢力造車在近兩年得到飛速發(fā)展，國內(nèi)的蔚來、理想、小鵬等都在資本市場上融到了大量的資金，早期的新勢力汽車是從新能源電動車入手，因?yàn)?a href="http://www.ttokpm.com/tags/自動駕駛/" target="_blank">自動駕駛門檻較高，但是隨著技術(shù)的發(fā)展和客戶潮流的需要，自動駕駛不得不提上日程，盡管特斯拉的馬斯克對激光雷達(dá)不屑一顧，但是還是有除特斯拉以外的大部分廠商都在使用激光雷達(dá)，而且是作為主要的傳感器。因此，激光雷達(dá)是自動駕駛中繞不過去的坎，本文對激光雷達(dá)的參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)解讀。

激光雷達(dá)在自動駕駛中的作用，主要是3D/4D環(huán)境感知，探測車輛行駛過程中的路況和障礙物，把數(shù)據(jù)和信號傳遞給自動駕駛的大腦，再做出相應(yīng)的駕駛動作。激光雷達(dá)可以說是自動駕駛中無形的眼睛，一輛車上大大小小的激光雷達(dá)可能數(shù)個或者數(shù)十個。

激光雷達(dá)參數(shù)詳解

激光雷達(dá)參數(shù)很多：激光的波長、探測距離、FOV(垂直+水平)、測距精度、角分辨率、出點(diǎn)數(shù)、線束、安全等級、輸出參數(shù)、IP防護(hù)等級、功率、供電電壓、激光發(fā)射方式(機(jī)械/固態(tài))、使用壽命等。

和用戶直觀感受很大的包括六大參數(shù)：探測距離、測距精度、線束、FOV(垂直+水平)、角分辨率、出點(diǎn)數(shù)。

下圖就是華為激光雷達(dá)的幾個參數(shù)：探測距離220米，水平FOV 140°，垂直角分辨率小于0.1°。如果您對激光雷達(dá)不了解，看著肯定會暈。

華為激光雷達(dá)

接下來我們就對和用戶直觀感受相關(guān)的參數(shù)逐一說明：

1、探測距離

探測距離很好理解，就是激光雷達(dá)能夠探測的范圍，或者說半徑。

激光雷達(dá)的測距能力與被測物體的反射率相關(guān)。反射率就是射到目標(biāo)物的激光能夠被反射回來的比率。

目標(biāo)反射率越高，雷達(dá)能夠檢測到的有效回波就越多，所以能測量的距離越遠(yuǎn)。

所以探測距離一般和反射率一起出現(xiàn)，比如150米@10%，就是指在目標(biāo)反射率為10%的情況下探測距離為150米。

說探測距離不說反射率就是耍流氓！當(dāng)然上圖中華為的參數(shù)沒有反射率，估計(jì)寫膠片的時候該產(chǎn)品還沒最終定型。

2、探測精度

探測精度是指探測距離的精確度，一般以厘米計(jì)，探測精度越高，3D景深刻畫的越準(zhǔn)。

3、線束

激光雷達(dá)分為單線束和多線束。

單線束激光雷達(dá)只有一個激光發(fā)射器，隨著雷達(dá)轉(zhuǎn)動形成一條水平掃描線，所以只能檢測前方有沒有障礙物。

多線激光雷達(dá)在垂直方向有多個激光發(fā)射器，隨著雷達(dá)轉(zhuǎn)動形成多條水平掃描線，這樣就能夠掃描一個平面。

如下圖所示：

舉個例子，單線束就像我們用一個手指頭去觸摸物體，而多線束就像我們用整個手掌甚至是雙手觸摸物體。

顯然，線束越多，對目標(biāo)物的刻畫越詳細(xì)，當(dāng)然價格也就越貴。

4、FOV(水平 垂直)

這是探測視野，包括水平和垂直兩個方向，就像是我們打開手電筒照一面墻，光能覆蓋的范圍一樣。

機(jī)械式激光雷達(dá)能夠360°旋轉(zhuǎn)，所以水平FOV是360°。固態(tài)激光雷達(dá)的水平FOV會小一些，比如華為這款120°已經(jīng)算是大視角了。水平FOV越大，能夠探測的范圍越廣。

垂直FOV只對多線束激光雷達(dá)有用。是指最上面一束激光和最下面一束激光形成的夾角。

垂直FOV的視野一般偏向地下一些，比如水平為0°，那么向上15°，向下25°，這樣垂直FOV就是40°，如下圖所示。這樣的好處是能夠讓車輛更多的探測到地面車輛和行人。

5、角分辨率

角分辨率和FOV一樣，也分為水平和垂直兩個方向。

水平分辨率是指左右兩個掃描的激光點(diǎn)形成的夾角；由于激光雷達(dá)旋轉(zhuǎn)，而激光發(fā)射器是脈沖，所以射到目標(biāo)物上面的是一個一個點(diǎn)。

激光脈沖是固定頻率的，所以水平方向的分辨率只和雷達(dá)旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，只要速度足夠慢，分辨率就可以很高，現(xiàn)在做到0.01°也是很正常。但是掃描速度慢也會影響信息采集的速率。所以水平分辨率要和確定的掃描速度對應(yīng)，掃描速度一般用頻率來表示，即1秒掃描來回掃描多少次。

垂直分辨率是指上下兩個線束形成的激光點(diǎn)的夾角。線束在垂直方向上不是均勻分布的，而是中間密集，上下稀疏，如下圖所示。這也很好理解，因?yàn)橹虚g更有可能探測到行人或者是障礙物。

一般廠家宣稱的垂直分辨率，顯然是最密集那部分的分辨率。比如64線的產(chǎn)品，垂直FOV 40°，如果線束均勻分布，那么垂直分辨率是0.625°?？蓪?shí)際上廠家都是按密集那部分算，宣稱垂直分辨率0.2°。華為膠片上面的垂直分辨率0.1，也是指最密集那部分。

6、出點(diǎn)數(shù)

也叫周期采集點(diǎn)數(shù)，舉個例子，一個64線的激光雷達(dá)，水平FOV是120°，水平分辨率在10Hz的掃描頻率下是0.2°。

我們可以知道，激光一次打出64個點(diǎn)，掃描一次120°能打出64x120/0.2=38400，1秒掃描10次，一共有384000 pts/s。

顯然，出點(diǎn)數(shù)越多，掃描的效果越好，這就和機(jī)槍掃射是一樣的道理。

總結(jié)

掌握了上面這6個核心參數(shù)，也就掌握了激光雷達(dá)的精髓。

再舉個例子整體解釋一下，拿一個學(xué)生的學(xué)習(xí)來做比較：

探測距離就是學(xué)習(xí)的深度，學(xué)的越深，掌握的知識越好；

探測精度就是學(xué)習(xí)的好壞，學(xué)到越好，將來考試成績越好；

線束就是能同時學(xué)習(xí)幾個學(xué)科，語文數(shù)學(xué)物理化學(xué)歷史地理啥都行就是線束多；

FOV視角就是學(xué)習(xí)的廣度，學(xué)的越廣，知識越豐富；

角分辨率就是學(xué)習(xí)的精細(xì)度，學(xué)習(xí)的越細(xì)，考試遺漏的越少；

出點(diǎn)數(shù)就是學(xué)習(xí)的結(jié)果，點(diǎn)數(shù)越多，考試成績越好。
編輯：hfy