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神奇的车载激光雷达,远还没达到你以为的高度

实验室资讯网时间:2019-01-13 点击: 百度搜索

【导读】近几年随着自动驾驶、3D打印、服务型机器人的普及与推广,激光雷达这一产品开始反复出现在人们的视野中,不再那么深不可测,但真正了解它的人其实并不多。而且由于激光雷达分类繁多,要一一弄清也并非易事,所以我们就先从与自动驾驶密切相关的车载激光雷达入手,,来大致了解一下它到底有什么特别之处。......
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神奇的车载激光雷达,远还没达到你以为的高度

近几年随着自动驾驶、3D打印、服务型机器人的普及与推广,激光雷达这一产品开始反复出现在人们的视野中,不再那么深不可测,但真正了解它的人其实并不多。而且由于激光雷达分类繁多,要一一弄清也并非易事,所以我们就先从与自动驾驶密切相关的车载激光雷达入手,来大致了解一下它到底有什么特别之处。

世间没有绝对完美的事物

车载激光雷达又称车载三维激光扫描仪,是一种移动型三维激光扫描系统。其工作原理就是通过不断向周围目标发射探测信号(激光束),并接收返回的信号(目标回波)来计算和描述被测量物理的有关信息,如目标距离、方位、高度、姿态、形状等参数,以达到动态3D扫描的目的。

神奇的车载激光雷达,远还没达到你以为的高度

根据这一原理我们可以知道,激光雷达线束越多,视线越密集,测量的精准度、分辨率和安全性也就越高。而车载激光雷达也普遍采用多个激光发射器和接收器,来建立三维点云图。从当前市场上较常见的车载激光雷达来看,机械式多线束激光雷达是主流方案,主要有4线/8线/16线/32线的,最高级别的64线和128线产品也有,但至今全球仍然只有Velodyne公司一家独有。

不过即使只是4线级别的激光雷达,与其他汽车感应识别技术(标准车载雷达及毫米波雷达等)相比,优势也很明显:

神奇的车载激光雷达,远还没达到你以为的高度

1、分辨率高:激光雷达工作于光学波段(特殊波段),频率比微波高2-3个数量级以上,并可同时跟踪多个目标,因此,激光雷达具有极高的距离分辨率、角分辨率和速度分辨率,这就意味着它能侦测到更小的物体,并且分辨出这些物体是行人、车辆或是垃圾堆,这也是激光雷达最显著的优点。

2、抗干扰能力强:激光属于直线传播、方向性好、光速非常窄,只有在其传播路径上才能接收到,所以干扰信号也很难进入激光雷达的接收机,另外,对于激光雷达而言,只有被照射的目标才会产生反射,完全不会受地物回波的影响,因此可探测低空/超低空目标,探测性远高于微波雷达。

3、获取的信息量丰富:可直接获取目标的距离、角度、反射强度、速度等信息,生成目标的多维度图像,使得整个画面更加直观。

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当然,车载激光雷达也并非没有缺点,容易受天气影响便是其天生缺陷。比如在雨雪、浓雾、沙尘暴等天气条件下,不仅激光束的传播距离大受影响,大气环流还会使激光束发生畸变、抖动,直接影响激光雷达的测量精度,严重影响行车安全。但毫米波雷达穿透烟、雾、灰尘的能力强(波长越长,穿透性越强),相比于激光雷达是一大优势。这就有点类似于,汽车的卤素大灯与氙气大灯的区别,虽然都觉得氙气灯比卤素灯更高级一些,但在雨雪、雾霾等能见度低的天气里,卤素大灯穿透性却更好,更有优势。

这也是为什么大多数研发自动驾驶技术的汽车厂家都认为,要实现全自动驾驶,摄像头、雷达、激光雷达这三大传感器系统缺一不可,因为只有它们各自发挥优势,共同协作,才有可能实现这一美好愿景。

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除此之外,高昂的成本、售价是车载激光雷达的另一大劣势。正如上文所说,激光雷达线束越多,测量精准度越高,但相应的价格也就越昂贵。譬如之前国内各类关于自动驾驶的相关报道中都有提及的业界领军Velodyne的64线激光雷达,售价居然去到了70万元,比众多豪华品牌整车售价还贵。可想而知,该公司旗下的128线激光雷达的造价只会更加昂贵,能真正用得起的厂家估计都没几个,更别说消费者买单与否了。

国内外差距有多大?

不过好在目前国内外进入这一领域的企业越来越多,低成本化也正成为其发展趋势。除了传统强势的业界霸主Velodyne,其他诸如美国的Quanergy、TriLumina,德国的 IBEO,以色列的 Innoviz,荷兰的 Innoluce,以及加拿大的 Leddartech 也都已加入战局,且日头正盛。

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2017年奥迪也正是发布了全球首款量产L3级自动驾驶汽车——奥迪A8,虽然奥迪没有透露其激光雷达的供应商,业界都比较相信是法雷奥(Valeo)提供的,具体很有可能是法雷奥与德国IBEO公司一同研发的4线激光雷达ScaLa。这也是业界批量生产的第一款激光雷达。

国内激光雷达虽然起源于上世纪60年代,但一直到95年才市场化,起步较晚。目前以禾赛科技、速腾聚创、北科天绘、思岚科技、镭神智能等公司为代表,只是它们的激光雷达产品多用于地形测绘、建筑测量、扫地机器人等领域,其中也有企业尝试将激光雷达应用于自动驾驶场景中,但受制于核心技术大部分还掌握在外企手中,技术壁垒难以攻破。

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当前国产品牌最强的还只是禾赛科技的40线激光雷达。在2017年年底,百度Apollo就联合禾赛科技发布了一款基于Apollo平台的自动驾驶开发者套件Pandora,这款套件便是由一台40线激光雷达、5个环视摄像头(4个黑白,1个彩色)组成。

在本月初,百度Apollo又再次发布了量产的无人驾驶小巴士(阿波龙),该车采用了3台16线激光雷达,在封闭环境下可实现L4级别自动驾驶。但总的来讲,国内企业的激光雷达产品与国际领先品牌相比,在使用稳定性、精准度、分辨率等主要参数上还存在一定差距。

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但也不用太过悲观,毕竟当初的国外零部件巨头在毫米波雷达核心技术后端的控制系统及芯片上也曾不愿放手,但受益于ADAS(高级驾驶辅助系统)的飞速发展,国内的研发企业近些年已经成功突破核心技术,国产化产品也指日可待,未来中国在车载激光雷达领域缩短甚至赶超与巨头们的差距也不是不可能。

除了以上这些公司之外,毫米波雷达时代的ABCD四大巨头(Autoliv奥托立夫,Bosch博世、Continental大陆、Delph德尔福),另外还有传统车企和科技公司,这两年来也都以砸钱收购或者入股激光雷达研发公司的方式来实现技术布局,例如福特就和百度在2016年联手花1.5亿美元投资业内霸主Velodyne,三方将围绕无人驾驶领域展开全方位合作。

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而根据激光雷达领域相关人士透露,对于自动驾驶汽车而言,高分辨率激光雷达是必然趋势,但即使是Velodyne公司目前最先进的128线产品,所能达到的分辨率也是不够的,自动驾驶汽车的理想状态是需要达到图像级别的分辨率及视频级别的帧率。

由此可见,其实全球的车载激光雷达技术目前都还处在不断探索和研发之中,虽然已经开始布局的企业为数众多,但有产品发布甚至量产的企业数量很少,不过这也属于正常现象,毕竟技术上的难度是客观存在的。而随着自动驾驶技术的蓬勃发展以及3D打印、无人机、服务类机器人等新兴产业所带来的资本倾斜,将来车载激光雷达攻克这些技术难题也只是时间问题,而未来整个行业的发展空间也非常巨大。

图 | 来源于网络

(本文来源:雅斯顿原创文章 | 哈尔 )

(责任编辑: 龙景)

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