激光雷達(dá)傳感器在無人駕駛中存在什么作用

隨著科技的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，無人駕駛技術(shù)逐漸興起，傳感器的融合成了無人駕駛領(lǐng)域的趨勢。同時(shí)無人駕駛的發(fā)展熱潮，拉動(dòng)了諸多技術(shù)創(chuàng)業(yè)者的紛紛涉足。近段時(shí)間以來，國內(nèi)車企關(guān)于無人駕駛汽車的研發(fā)和測試捷報(bào)頻傳。先是吉利汽車宣布將在2022年亞運(yùn)舉辦期間，在特定區(qū)域內(nèi)使用完全無人駕駛的車輛。隨后再有報(bào)道稱，百度宣稱其新一代無人巴士車阿波龍二代將很快推出。而就在不久前，百度與中國一汽紅旗共同打造的國內(nèi)首批量產(chǎn)自動(dòng)駕駛出租車在湖南長沙展開了上路測試。有消息稱，長沙市民有望在年底之前率先體驗(yàn)到中國首批自動(dòng)駕駛出租車。 無疑無人駕駛技術(shù)是一種解放人類雙手和提高生產(chǎn)力效率的科技創(chuàng)新。

本文工釆網(wǎng)小編將著重介紹激光雷達(dá)傳感器在無人駕駛中的作用及市場趨勢。

無人駕駛的底層支撐可以分為三部分，即：傳感器、高精地圖和計(jì)算平臺。在傳感器方面，主流的傳感器分為：毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)和攝像頭。其作用如下：

攝像頭：直接識別可見光，價(jià)格適中，技術(shù)成熟，可以識別行人、車輛、路標(biāo)等物體，但易受視野、夜晚暗光、雨雪天氣等因素影響。

激光雷達(dá)：探測角度廣，精度高，厘米級精度的激光雷達(dá)結(jié)合高精地圖可以實(shí)現(xiàn)高精度自定位和物體識別跟蹤，定位可以精確到具體車道，但是價(jià)格昂貴，使用壽命較短。

毫米波雷達(dá)：測距離遠(yuǎn)，可以在雨雪天氣等各種惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作，但是精度不高。

無人駕駛用于控制的傳感器要么是攝像頭，要么是激光雷達(dá)，這是業(yè)界已經(jīng)達(dá)成的共識。那何謂激光雷達(dá)？在無人機(jī)駕駛中的作用是什么？

激光雷達(dá)的工作原理是利用可見和近紅外光波（多為950nm波段附近的紅外光）發(fā)射、反射和接收來探測物體。激光雷達(dá)可以探測白天或黑夜下的特定物體與車之間的距離。由于反射度的不同，也可以區(qū)分開車道線和路面，但是無法探測被遮擋的物體、光束無法達(dá)到的物體，在雨雪霧天氣下性能較差。

激光雷達(dá)在無人駕駛運(yùn)用中擁有兩個(gè)核心作用。3D建模進(jìn)行環(huán)境感知。通過雷射掃描可以得到汽車周圍環(huán)境的3D模型，運(yùn)用相關(guān)算法比對上一幀和下一幀環(huán)境的變化可以較為容易的探測出周圍的車輛和行人。

激光雷達(dá)在無人駕駛中的具體應(yīng)用

1．定位

定位在無人駕駛中十分鐘重要，只有有了實(shí)時(shí)的位置信息，系統(tǒng)才能做出下一步判讀，決定向何處進(jìn)發(fā)，以及如何前往?，F(xiàn)在定位的方式有許多種。如載波相位差分技術(shù)（RTK），但 RTK 還是會(huì)受信號的干擾。特別是在一些城市、建筑和樹比較多的地方，以及進(jìn)隧道、出隧道，它的信號容易中斷。同時(shí)，也有用攝像頭等傳感器感知外部環(huán)境、構(gòu)建環(huán)境模型并利用該模型確定車輛所在的位置的方式，但其對環(huán)境的依賴比較強(qiáng)，比如逆光或雨雪天氣下，這種定位容易失效。而激光雷達(dá)是依靠將車輛的初始位置與高精地圖信息進(jìn)行比對來獲得精確位置。首先，GPS、IMU和輪速等傳感器給出一個(gè)初始（大概）的位置。其次，將激光雷達(dá)的局部點(diǎn)云信息進(jìn)行特征提取，并結(jié)合初始位置獲得全局坐標(biāo)系下的矢量特征。最后，將上一步的矢量特征跟高精地圖的特征信息進(jìn)行匹配，得出精確的全球定位。所以，在定位方面，無論是從精度上還是穩(wěn)定性上來說，運(yùn)用激光雷達(dá)都有無可比擬的優(yōu)勢。而其唯一的缺點(diǎn)便在于目前激光雷達(dá)的生產(chǎn)成本較高，另一方面往固態(tài)方向上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，朝著固態(tài)的低成本和可量產(chǎn)化的方向去發(fā)展，許多國內(nèi)外廠家都在加速創(chuàng)新，在不久的將來成本將不會(huì)成為一個(gè)十分棘手的問題。

2． 障礙物的檢測和分類

對于障礙物檢測和分類來講，目前有應(yīng)用視覺和激光雷達(dá)，這兩者并沒有沖突。激光雷達(dá)不依賴光照，它的視角是 360 度，計(jì)算量比較小，可以實(shí)時(shí)掃描，目前普遍用的是 100 毫秒以內(nèi)的。激光雷達(dá)在掃描的過程中，先識別障礙物，知道這個(gè)障礙物在空間中的位置，再根據(jù)存在的障礙物做分類。比如車、人，我們將這些障礙物分割成為獨(dú)立的個(gè)體，通過分割出來獨(dú)立的個(gè)體再去匹配，從而進(jìn)行障礙物的分類和物體的跟蹤。而跟蹤的過程，首先是分割點(diǎn)云，通過點(diǎn)云做關(guān)聯(lián)目標(biāo)，我們知道上一楨和下一楨是否屬于同一個(gè)物體，再進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，輸出目標(biāo)跟蹤信息。

3．用于先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）

先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistance System），簡稱ADAS，是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器， 在第一時(shí)間收集車內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)， 進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)物體的辨識、偵測與追蹤等技術(shù)上的處理， 從而能夠讓駕駛者在最快的時(shí)間察覺可能發(fā)生的危險(xiǎn)， 以引起注意和提高安全性的主動(dòng)安全技術(shù)。如果激光雷達(dá)能有效控制成本，ADAS等級數(shù)較低的駕駛輔助功能也需要用激光雷達(dá)。其原因在于，基于攝像頭的ADAS和無人駕駛系統(tǒng)，或者單獨(dú)使用毫米波的局限性很大。首先是視場角的問題，為了保證足夠的探測距離，視場角的角度不可太大，而這就導(dǎo)致車輛有非常大的橫向盲區(qū)。對此現(xiàn)象，有些公司設(shè)計(jì)了多攝像頭來解決此類問題，但效果并不理想，同樣的多目攝像頭會(huì)有重疊區(qū)域，還會(huì)增加處理數(shù)據(jù)的難度。其次是低速問題，事實(shí)證明，在低速情況下，攝像頭的表現(xiàn)不盡人意，甚至對一下移動(dòng)緩慢或靜止的目標(biāo)都很難識別。所以激光雷達(dá)在ADAS方面有著很大的潛力。

激光雷達(dá)的行業(yè)趨勢

市場需求：L3級以上無人駕駛的必備傳感器

激光雷達(dá)是高精度的傳感器，但是有與過于昂貴，無人駕駛業(yè)界對激光雷達(dá)的存廢之爭一直沒有停止過。非激光雷達(dá)陣營主要是以特斯拉為代表的的傳統(tǒng)車企，他們傾向于漸進(jìn)式路線，從ADAS輔助駕駛逐漸升級過度到自動(dòng)駕駛，以端到端的深度學(xué)習(xí)砍掉傳統(tǒng)的激光雷＝雷達(dá)，激光雷大陣營主要是以谷歌為代表的科技公司，他們傾向于一步到位路線，以激光雷達(dá)為主傳感器，等技術(shù)方案成熟成本下降后，再大規(guī)模商用。

未來發(fā)展方向：固態(tài)激光雷達(dá)

Velodyne是激光雷達(dá)的鼻祖，先后推出了64線、32線機(jī)械式激光雷達(dá)和16線混合固態(tài)激光雷達(dá)。“混合固”為Velodyne首創(chuàng)概念，是指外形上不存在可見的旋轉(zhuǎn)部件，但為了360全視角其內(nèi)部實(shí)際上仍然存在一些機(jī)械式旋轉(zhuǎn)部件，只是做的非常小巧可以內(nèi)藏而已。下面工釆網(wǎng)小編簡單介紹一下固態(tài)激光雷達(dá)探測原理：TOF飛行時(shí)間法原理如下圖：

激光雷達(dá)常用的探測原理是飛行時(shí)間法，就是通過給目標(biāo)連續(xù)發(fā)送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過探測光脈沖的飛行往返時(shí)間來得到目標(biāo)物距離。

對于固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品的應(yīng)用工采網(wǎng)提供一款固態(tài)面陣激光雷達(dá)測距傳感器 － CE30－A，CE30 使用時(shí)間飛行法（TOF， Time of Flight）進(jìn)行測距，它會(huì)發(fā)射出經(jīng)過調(diào)制的近紅外光，光線遇物體后反射并再次被 CE30 接收。CE30 通過計(jì)算光線發(fā)射和接收的相位差與時(shí)間差，來換算被拍攝景物的距離。

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