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傳遞科技背後的思考

大家好，前幾天發了一篇關于特斯拉抵制激光雷達的分析文章《沒有激光雷達，特斯拉能否在這場無人駕駛的進化中存活下來？》，主要從馬斯克的角度講解了特斯拉對激光雷達的态度和思考。

然而，不管馬斯克是個啥态度，該來的還會來。時間即将進入2021年，随着激光雷達的裝車，國内新能源市場，也将迎來無人駕駛的戰國時代。

激光雷達的廠商這幾年飛速發展，美國玩家Luminar剛剛在納斯達克上市，老牌廠家Velodyne也虎視眈眈，國内更有華為和大疆攜技術優勢來勢洶洶，更不用說這幾年如雨後春筍般冒出來的初創企業。

而作為主機廠的車企，也不甘落後。國外的奔馳、奧迪、寶馬、沃爾沃、本田；國内的小鵬、北汽、長安、長城都紛紛表示要在量産車型上搭載激光雷達。

小鵬P7

尤其是新能源純電汽車，車企們在電池、電機和電控上很難拉開距離，所以自動駕駛注定是一個标榜技術實力的戰場，而激光雷達，由于硬指标非常直觀，更是無人駕駛中的兵家必争之地。接下來車企們必将揮舞着激光雷達，在無人駕駛的戰場上厮殺！

這一幕在智能手機上出現的更早：蘋果至今還用着1200萬像素的攝像頭，而其他安卓廠家已經奔着1億像素狂奔而去。很多用戶拿着像素是iPhone好幾倍的千元機，卻從來沒有體驗過拍照的樂趣。然而這不耽誤安卓廠家繼續在攝像頭參數上面下功夫，因為在芯片來源單一的情況下，攝像頭的參數是最直觀的。

“劇場效應”很好的解釋了這個現象：大家都坐着看電影，第一排的人突然站了起來，結果第二排隻能跟着站起來，然後是第三排......直到最後全劇場的人都站起來。

所以，不管激光雷達能不能用，有沒有用，除了特斯拉，隻要有一個車企用了，其他車企沒得選，隻能是小豬——配齊！

既然用戶沒得選，那錢總要花的明白吧？所以能夠看懂激光雷達的參數，至少能讓我們把錢花個明明白白。好了，接下來咱們就介紹一下激光雷達，尤其是雷達參數。

激光雷達通過發射激光束掃描目标的位置、速度。

掃描的數據為<x,y,z,h,...>，xyz為空間坐标，h是強度，還有一些其他信息。激光雷達掃描的數據，叫點雲數據，點雲數據可以通過軟件可視化。

點雲數據可視化

下面是激光雷達和攝像頭、毫米波雷達的比較：

激光雷達在自動駕駛中的作用，主要是3D環境感知。如果說攝像頭是汽車的眼睛，那激光雷達就是汽車的手，可以通過觸覺清醒的感知周圍環境。

激光雷達參數很多：激光的波長、探測距離、FOV(垂直 水平)、測距精度、角分辨率、出點數、線束、安全等級、輸出參數、IP防護等級、功率、供電電壓、激光發射方式(機械/固态)、使用壽命等。

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

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

華為激光雷達

不用怕，接下來我們就對和用戶直觀感受相關的參數逐一說明：

1、探測距離

探測距離很好理解，就是激光雷達能夠探測的範圍，或者說半徑。

激光雷達的測距能力與被測物體的反射率相關。反射率就是射到目标物的激光能夠被反射回來的比率。

目标反射率越高，雷達能夠檢測到的有效回波就越多，所以能測量的距離越遠。

所以探測距離一般和反射率一起出現，比如150米@10%，就是指在目标反射率為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！當然上圖中華為的參數沒有反射率，估計寫膠片的時候該産品還沒最終定型。

2、探測精度

探測精度是指探測距離的精确度，一般以厘米計，探測精度越高，3D景深刻畫的越準。

3、線束

激光雷達分為單線束和多線束。

單線束激光雷達隻有一個激光發射器，随着雷達轉動形成一條水平掃描線，所以隻能檢測前方有沒有障礙物。

多線激光雷達在垂直方向有多個激光發射器，随着雷達轉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，對目标物的刻畫越詳細，當然價格也就越貴。

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牆，光能覆蓋的範圍一樣。

機械式激光雷達能夠360°旋轉，所以水平FOV是360°。固态激光雷達的水平FOV會小一些，比如華為這款120°已經算是大視角了。水平FOV越大，能夠探測的範圍越廣。

垂直FOV隻對多線束激光雷達有用。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°，那麼向上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形成的夾角；由于激光雷達旋轉，而激光發射器是脈沖，所以射到目标物上面的是一個一個點。

激光脈沖是固定頻率的，所以水平方向的分辨率隻和雷達旋轉速度有關，隻要速度足夠慢，分辨率就可以很高，現在做到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确定的掃描速度對應，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，因為中間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線的産品，垂直FOV 40°，如果線束均勻分布，那麼垂直分辨率是0.625°。可實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、出點數

也叫周期采集點數，舉個例子，一個64線的激光雷達，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，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，出點數越多，掃描的效果越好，這就和機槍掃射是一樣的道理。

好了，掌握了上面這6個核心參數，也就掌握了激光雷達的精髓。

我再舉個例子整體解釋一下，咱們拿一個學生的學習來做比較：

• 探測距離就是學習的深度，學的越深，掌握的知識越好；
• 探測精度就是學習的好壞，學到越好，将來考試成績越好；
• 線束就是能同時學習幾個學科，語文數學物理化學曆史地理啥都行就是線束多；
• FOV視角就是學習的廣度，學的越廣，知識越豐富；
• 角分辨率就是學習的精細度，學習的越細，考試遺漏的越少；
• 出點數就是學習的結果，點數越多，考試成績越好。

這樣說大家就容易理解了吧，咱們最後再看個實際的例子。

了解了激光雷達參數，就能知道廠家到底是賺了我的錢，還是騙了我的心。比如下面這種情況：

看标題感覺廣汽動作很迅速，馬上就要上激光雷達了，這是要趕在小鵬前面的節奏？

咱們再仔細看廣汽雷達的參數，廣汽搭載的是一徑科技的固态激光雷達 ML-30s。

what？這款雷達是大視角短距離應用，那怎麼做無人駕駛？完成側方停車還差不多！

看，隻要了解一點兒激光雷達，就能看透廠家是蹭熱度，還是真搞無人駕駛！

如果您對自動駕駛感興趣，歡迎繼續閱讀我的這篇文章《沒有激光雷達，特斯拉能否在這場無人駕駛的進化中存活下來？》