芯耀
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上期我們簡(jiǎn)單了解了車載傳感器主要組成和車載激光雷達(dá)簡(jiǎn)述。很多小伙伴們表示可以分辨大類，但是一些具體的功能參數(shù)還是不太了解，那么本期我們將來介紹一下激光雷達(dá)的性能指標(biāo)。
先給小伙伴們做一個(gè)小測(cè)試，
比如下圖是一款 128 線激光雷達(dá)產(chǎn)品的參數(shù)表，大家能看懂嗎？
圖片來源 速騰聚創(chuàng)官網(wǎng)
看不懂也沒關(guān)系，相信看完我們今天的文章，
你就可以看懂啦~下面我們一個(gè)一個(gè)的來說
1、線數(shù)
車載激光雷達(dá)一般使用多線雷達(dá)，就是在垂直方向上具有多個(gè)發(fā)射器和接收器。對(duì)于激光雷達(dá)來說，線數(shù)越多、越密意味著可以更清晰、更完善的收集各類物體 3D 輪廓，目前自動(dòng)駕駛車輛上大多使用 16 線、32 線、64 線、128 線等。
在類似于測(cè)繪，自動(dòng)駕駛等場(chǎng)景下，激光雷達(dá)肯定是線數(shù)越高越好，但也有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是。
02、波長(zhǎng)
目前市場(chǎng)上三維成像激光雷達(dá)最常用波長(zhǎng)分兩種，即905nm 和 1550nm。
兩者相比之下，波長(zhǎng)為 1550nm 的激光雷達(dá)所使用的銦鎵砷(InGaAs)近紅外探測(cè)器要比波長(zhǎng)為 905nm 所使用的硅基光電探測(cè)器更貴，所以二者的成本會(huì)有區(qū)別，其實(shí)還是所謂一分價(jià)錢一分貨，1550nm 激光雷達(dá)的激光器功率是傳統(tǒng) 905nm 硅光電系統(tǒng)的 40 倍；還有效解決了 905 納米對(duì)雨霧的穿透力的不足的問題，因此在復(fù)雜氣候天氣下也能將有效探測(cè)距離保持在 200 米以上。
同時(shí)1550nm 波長(zhǎng)的激光也更加安全，對(duì)人眼沒有危害。原因在于，要讓激光雷達(dá)「看得更遠(yuǎn)」，就必須發(fā)射更強(qiáng)的光脈沖，然而波長(zhǎng)越長(zhǎng)能量越低，距離可見光越遠(yuǎn)。905 納米的激光，這對(duì)于人類來說是不可見的。但是如果它集中到了一個(gè)真人的眼球，而且具有足夠的能量時(shí)，就會(huì)損傷人類的視網(wǎng)膜。相比之下 1550 納米的激光，它在光譜的紅外線部分距離可見光波段更遠(yuǎn)，因此無法穿透人的眼球。
03、激光安全等級(jí)
上述有提到了激光對(duì)人眼的傷害，其實(shí)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）已經(jīng)制定了安全標(biāo)準(zhǔn)，它依據(jù)激光產(chǎn)品的波長(zhǎng)、最大輸出激光功率或能量，將激光產(chǎn)品分為 7 大安全等級(jí)，車載激光雷達(dá)一般要求人眼安全級(jí)別為 Class1。
04、測(cè)距能力和盲區(qū)
這兩個(gè)我們放一起談，首先測(cè)距能力（量程），即能有效檢測(cè)到最近和最遠(yuǎn)距離，另外目標(biāo)的反射率越高則測(cè)量距離越遠(yuǎn)，目標(biāo)的反射率越低則測(cè)量距離越近。
比如參數(shù)表中的“200m@10%反射率”意思是激光雷達(dá)發(fā)射光束到 200 米的距離可以看清最低 10%光線反射率的物體，比如一張白紙。
圖片來源 速騰聚創(chuàng)官網(wǎng)
盲區(qū)，顧名思義是激光雷達(dá)無法接收到激光回波信號(hào)的距離。一句話概括就是在可視范圍之外即為盲區(qū)。感覺有點(diǎn)像游戲場(chǎng)景中的戰(zhàn)爭(zhēng)迷霧哈。
圖片來源 帝國(guó)時(shí)代
而盲區(qū)也會(huì)因?yàn)榫嚯x過近而產(chǎn)生，比如下圖中，當(dāng)物體緊貼激光雷達(dá)光罩時(shí)，性能好的激光雷達(dá)產(chǎn)品依然能夠有效探測(cè)，做到“零盲區(qū)”，而有的激光雷達(dá)在 0.2 米時(shí)就產(chǎn)生盲區(qū)無法成像了。
激光雷達(dá)盲區(qū)對(duì)比展示（圖片來源 禾賽科技官網(wǎng)）
這里順帶說一句，對(duì)于四維圖新而言，雖然激光雷達(dá)測(cè)距能力（量程）性能不一樣，但是四維圖新的自動(dòng)駕駛解決方案，能根據(jù)不同傳感器的特點(diǎn)和指標(biāo)，調(diào)配出最優(yōu)方案，保障感知的精度和 Robust，例如將激光雷達(dá)安裝在車體某些位置和固定角度，再通過四維圖新自有傳感器融合算法來有效解決此問題，該解決方案已先后通過北京市自動(dòng)駕駛路測(cè) T3 牌照以及合肥市智能網(wǎng)聯(lián)汽車開放道路測(cè)試牌照。
四維圖新 自動(dòng)駕駛車
05、精度
精度，即雷達(dá)可以感知的距離最小變化值。通常來說目標(biāo)距離激光雷達(dá)越遠(yuǎn)測(cè)距準(zhǔn)確度越低。以人眼為例，10 米距離上我們可以清晰看到一個(gè)酒瓶蓋大小的物體，而 200 米后就看不見了。如下圖，激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)量隨著汽車物體的遠(yuǎn)近而降低，車體邊界輪廓精度隨之下降。
圖片來源 速騰聚創(chuàng)官網(wǎng)
06、視場(chǎng)角FOV
視場(chǎng)角 FOV（Field of View），即有效掃描角度，在該角度范圍內(nèi)目標(biāo)物體可被檢測(cè)到，它分為水平視場(chǎng)角和垂直視場(chǎng)角。以人眼為例，就是你直視前方時(shí)可以看到的上下和左右范圍。
水平視場(chǎng)角，即是水平面上所偵測(cè)的范圍，以 64 線激光雷達(dá)為例，單純的 64 線激光束的范圍是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，但如果增加線束的范圍又會(huì)大大增加成本，所以誕生了安裝馬達(dá)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)，這樣就可以配合旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作形成 360°水平視場(chǎng)角，而固態(tài)式激光雷達(dá)只能看到正前方某些度數(shù)（例如 60°至 120°）；
VelodyneHDL-64E 水平掃描示意圖
垂直視場(chǎng)角，垂直方位角指的是激光雷達(dá)垂直方向的檢測(cè)角度，一般在 40°以內(nèi)。而且光束也不是垂直均勻分布的，而是中間密，兩邊稀疏，而且激光光束會(huì)盡量向下偏置一定的角度，這也是為了掃描到更多的障礙物，在一定程度上可彌補(bǔ)上面說過的近處盲區(qū)。
VelodyneHDL-64E 垂直掃描示意圖
07、角分辨率
角分辨率，表示兩個(gè)相鄰測(cè)距點(diǎn)的角度。如下圖，它也分為水平角分辨率和垂直角分辨率，如上面的 FOV 一樣，水平角分辨率和垂直角分辨率分別表示水平面上點(diǎn)的夾角以及垂直面上點(diǎn)的夾角，這里就不過多贅述。
角分辨率 示意圖
另外，角分辨率大小決定了一次掃描能返回的樣本點(diǎn)數(shù)以及該激光雷達(dá)所能檢測(cè)的最小障礙物大小，比如 2 個(gè)激光光束相鄰測(cè)距點(diǎn)的角度為 0.4°，那么當(dāng)探測(cè)距離為 200m 的時(shí)候，2 個(gè)激光光束之間的距離為 200m*tan0.4°≈1.4m。也就是說在 200m 之后，只能檢測(cè)到高于 1.4m 的障礙物了。
圖片來源 速騰聚創(chuàng)官網(wǎng)
08、幀率
幀率，掃描頻率表示一秒內(nèi)雷達(dá)進(jìn)行多少次掃描，其計(jì)量單位是 HZ（赫茲是電，磁，聲波和機(jī)械振動(dòng)周期循環(huán)時(shí)頻率的單位。即每秒的周期次數(shù)“周期 / 秒”）。掃描頻率越大，設(shè)備對(duì)外界環(huán)境的感知速度越快，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性更高。
09、轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位為 rps (轉(zhuǎn) / 秒)或 rpm (轉(zhuǎn) / 分)，1200rpm 意思是當(dāng)前激光雷達(dá)的馬達(dá)引擎轉(zhuǎn)速是每分鐘轉(zhuǎn) 1200 圈。與幀率一樣，轉(zhuǎn)速越高設(shè)備對(duì)外界環(huán)境的感知速度越快。
10、出點(diǎn)數(shù)
出點(diǎn)數(shù)（分單回波模式和雙回波模式），就是單位時(shí)間內(nèi)激光雷達(dá)可以掃描多少個(gè)點(diǎn)位。
我們以 128 線機(jī)械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)為例計(jì)算一下出點(diǎn)數(shù)：
已知：
機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)是 360°水平視場(chǎng)角
10Hz 幀率（每秒掃描轉(zhuǎn) 10 圈）,也就是每 100ms(10Hz)轉(zhuǎn) 360 度
水平角分辨率為 0.2°
所以，當(dāng)水平角分辨率為 0.2°，旋轉(zhuǎn)一周將會(huì)產(chǎn)生 360/0.2=1800 個(gè)點(diǎn)
最終，出點(diǎn)數(shù)為 128 線*1800 個(gè)點(diǎn)*10HZ=2304000 點(diǎn) / 秒（pts/s）
11、其他部分
對(duì)于車廠來說，車上所有電器元件的供電電壓、產(chǎn)品功率、產(chǎn)品工作溫度、IP 防塵風(fēng)水等防護(hù)等級(jí)都是非常重要的采購(gòu)指標(biāo)，這里就不是我們需要關(guān)注的啦。
結(jié)語：
相信大家在看開頭的那個(gè)參數(shù)表，是不是會(huì)熟悉一些了呢？其實(shí)激光雷達(dá)也不是那么神秘，用一句話概括激光雷達(dá)的性能就是：通過激光良好的測(cè)距能力、穿透性和豐富的激光點(diǎn)云成像能力，可以幫助自動(dòng)駕駛車輛看的更遠(yuǎn)、更清晰，隨時(shí)獲得車輛周圍的三維信息。
近期隨著國(guó)內(nèi)外激光雷達(dá)產(chǎn)品快速商業(yè)化落地，結(jié)合前文中提到華為、禾賽等企業(yè)在激光雷達(dá)領(lǐng)域的進(jìn)展，以及北汽、小鵬、蔚來等車企也紛紛發(fā)布自動(dòng)駕駛車搭載激光雷達(dá)產(chǎn)品的上市時(shí)間，那么激光雷達(dá)在國(guó)外的情況怎樣？國(guó)內(nèi)的相關(guān)企業(yè)又是進(jìn)展的如何？下期小編就為大家整理一下相關(guān)情報(bào)，敬請(qǐng)期待吧！
