深度好文：自动驾驶中的激光雷达究竟有何特效？

　　当时他们用的基本上是 SICK 公司的单线激光雷达。特别是斯坦福大学的参赛车，光是上方就装了五个激光雷达，我们可以认为它是多线激光雷达的“鼻祖”，只不过它是用了五个单线激光雷达来实现多线激光雷达的功能。

　　2007 年 Velodyne 推出 64 线激光雷达以后，很多自动驾驶车辆基本上采用了 Velodyne 的产品。但这是不是就是说明，单线激光雷达在辅助或者自动驾驶里没有市场?

　　我认为不是。因为单线激光雷达有它的特点，比如说，在高重复频率、高角度分辨率上，多线激光雷达很难达到同样的技术指标。

　　上图是今年在常熟中国智能车未来挑战赛部分参赛车的照片。可以看到，除了使用 Velodyne 多线激光雷达、Ibeo 多线激光雷达外，他们都安装了 SICK 单线激光雷达。西安交大因为与我们有合作，所以用了我们的单线激光雷达。

　　在行人探测、障碍物探测(小目标探测)以及前方障碍物探测等方面上，单线激光比多线激光雷达有优势得多，因为单线激光雷达的角分辨率可以做得比多线激光雷达高，这一点在探测小物体或者行人里非常有用。

　　上图是 Ibeo 当时做的单线激光雷达的宣传视频截图，图中它实现的一个功能是前向防碰撞。比如，在行驶路上，左侧突然出现一辆车，激光雷达可以探测到车的位置和大小以后，实现自动避让。

　　这个技术在现在智能机器人、服务机器人上非常有用，而且目前这一块也是比较热的领域。

　　上图是激光雷达在车道检测和车道偏航预警的应用。可能很多人会问一个问题，为什么要用激光雷达来做车道检测而不用相机，ADAS 算法不是非常成熟吗，为什么非得用激光雷达?

　　这是因为相机特别容易受到背景光或者强光的干扰。比如，我们在林荫大道行走的时候，如果树荫落下斑斑点点的阳光，再结合白色车道线，我们非常难把车道线识别出来，而且识别概率在复杂的光照或者在强光照射条件下，它的识别概率非常非常低，算法也非常复杂。

　　那么，用激光雷达来做车道检测有什么好处?第一，我们用的是红外激光，这种激光本身在红外波段的辐射比可见光要低得多。第二，我们会加一个非常窄的滤光片，把强背景光直接滤除。然后我们再用红外光对它进行探测。这样我们就能获得一张非常高质量的车道线图像，通过图像的灰度，就能非常容易把车道线检测出来。换句话说，用激光雷达来做车道线检测，它的性能会比相机要高。

　　单线激光雷达在辅助驾驶里的应用是行人探测，实际上这也是一个前向防碰撞的应用，与汽车防碰撞基本类似。由于单线激光雷达的角分辨率可以做到比多线激光雷达高，可在更远的距离提前发现行人，为控制系统或驾驶员留出更多的预警时间。

　　ACC(Stop&Go)的应用。这个功能在目前中国城市交通拥堵的情况下特别适用，它是通过前向激光雷达直接探测到前面的汽车运动来获得前车的准确距离信息，然后通过控制汽车自动进行跟随。

　　精彩问答

　　问：能否利用多线来模拟少线?比如从 64 线数据中选取其中 16 线数据，和直接使用 16 线激光获得的数据相比，会有什么区别?

　　朱少岚：可以用多线来模拟少线，Velodyne 的多线激光雷达就可以进行设计。但是从多线里面选取少数几线，在俯仰角度方向的分辨率就会降低。因为多线激光雷达的没一线之间的角度都是固定的，要么间隔着选，要么连续选。主要还是根据实际需要来选择。

　　问：对于固态激光雷达，制造单线和多线在技术难度上会有多大差别?

　　朱少岚：如果是可以进行二维扫描固态扫描的激光雷达，制造单线和多线的难度差别并不大。但如果固态扫描器件只能实现一维扫描，那么做多线雷达就必须采用多个单线雷达来拼，需要解决每个模块之间的配合和串扰问题，体积也会比较大，这种多线激光雷达的难度就会大一些。

　　问：对于吸光障碍物无法保证光线有效反射回来，目前激光雷达技术是否有相应的措施解决这个问题?

　　朱少岚：这是个死区。如果激光雷达遇上吸光障碍物，将无法有效接收到目标反射回来的回波信号，测量不出目标的位置信息。如果是镜面反射障碍物，就会形成多路径效应。如果遇上透光的玻璃，就有可能探测到玻璃后面的目标。这是由光的物理属性决定的。

　　要解决吸光障碍物问题，从我现有的知识面来看，只能通过增加发射激光功率来解决，但不是一个好的方法。

　　问：目前的单线、多线激光雷达方案是否属于一种过渡性方案，最终会过渡到面阵激光雷达，不存在旋转机构，可以和车身进行融合，不用头顶犄角?

　　朱少岚：是的。我认为激光雷达肯定会由扫描雷达向凝视成像，也就是面阵成像激光雷达发展，甚至想多光谱凝视成像方向发展，同时可以获得目标的光谱信息。

　　一旦实现凝视成像后，激光雷达就和目前的可见光相机一样轻巧，可以和车身进行完美的融合。但目前激光雷达的面阵探测器技术难度非常大，成本很高。

　　问：面阵激光雷达的光源芯片个探测器芯片目前国内有比较好的方案或者产品么?进行这方面研究的机构据您所知都有哪些呢，比较可能在这方面有突破的研究机构会是哪一些?

　　朱少岚：面阵激光雷达的探测器芯片目前至少有四个研究所在从事这方面的研究和开发，为兵器、中电和科学院的研究所，包括我们西安光机所，但到目前为止还没见到有商业化的产品出来。

　　由于我对其他研究所的技术状态不是很了解，无法进行准确判断。西安光机所的样片已经出来，但性能还需进行深入优化。

　　问：傲视智绘 HLD-1L01 激光点是每秒多少个的?之前分享中也提到了 TOF，TOF 不是在室外会很弱吗?

　　朱少岚：傲视智绘目前的 HLD-L01 目前是 36k 点/s。采用脉冲测距体制的 TOF 法抗强光干扰能力比较强，在室外受影响比较低。在我们路测的图片中，车辆是下午 5 点多朝西走，在强烈的光照条件下，性能并没受到影响。

　　问：目前国内具不具备激光雷达产业链?激光雷达的算法一般由谁来提供?单线激光雷达的价位和未来 5 年的价格曲线是什么?

　　朱少岚：目前国内激光的产业链是成熟的。激光雷达算法很多科研院所和公司都可以提供，譬如我们的合作方鸿逸达就可以提供算法，我们公司目前也正在做部分这方面的开发工作。

　　单线激光雷达的价位主要和产量相关，未来 5 年的价格曲线我现在不好预估。如果量上不去，成本肯定不会太低。