激光雷達(dá)在雨霧天表現(xiàn)如何

今年 5 月份，一輛使用 FSD 駕駛的特斯拉在濃霧中沒(méi)能識(shí)別前方的火車，危急時(shí)刻是車主反應(yīng)過(guò)來(lái)才緊急轉(zhuǎn)彎萬(wàn)幸沒(méi)有撞上火車。

特斯拉FSD在濃霧中未能識(shí)別火車

這樣看來(lái)，純視覺(jué)在雨霧天難以保證穩(wěn)定的感知，那么激光雷達(dá)在雨霧天表現(xiàn)如何呢？

無(wú)論是人類駕駛或智能駕駛

雨霧天的感知都是痛點(diǎn)

雨霧大大降低能見(jiàn)度，視線變模糊后，駕駛系統(tǒng)對(duì)路況判斷力明顯下降。光線經(jīng)過(guò)雨霧衰減之后，只有近距離的物體反射光才能到達(dá)車輛，比如強(qiáng)濃霧的能見(jiàn)度小于 50 米。視距明顯變短后，系統(tǒng)對(duì)距離的判斷會(huì)與實(shí)際情況相差很大，很容易發(fā)生與前車相撞事故。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，30% 的交通事故由惡劣天氣導(dǎo)致，高速公路上約 70% 的事故是發(fā)生在雨霧天氣。2

激光雷達(dá)算法實(shí)測(cè)

在雨霧天依然穩(wěn)定感知

與普遍認(rèn)知不同的是，在中小雨霧的環(huán)境下，激光雷達(dá)仍然能持續(xù)工作，為車輛提供穩(wěn)定的感知數(shù)據(jù)。

禾賽麥克斯韋智造中心為激光雷達(dá)的點(diǎn)云測(cè)試建設(shè)了專業(yè)的雨霧測(cè)試道，測(cè)試發(fā)現(xiàn)：

在同等雨霧條件下，在距離前車 50 米時(shí)，攝像頭畫(huà)面已明顯難以辨別出前方車輛的情況下，激光雷達(dá)點(diǎn)云畫(huà)面仍然能高清呈現(xiàn)前方汽車，有效的數(shù)據(jù)點(diǎn)遠(yuǎn)超出算法感知所需。

同時(shí)，禾賽大量真實(shí)道路測(cè)試表明，在小中雨和中等霧天，盡管激光雷達(dá)的測(cè)遠(yuǎn)能力會(huì)有一定程度的下降，但對(duì)車輛、行人重要目標(biāo)仍能保證較為穩(wěn)定的感知效果，中近距離表現(xiàn)與晴天相當(dāng)。當(dāng)攝像頭出現(xiàn)畫(huà)面質(zhì)量下降、甚至因視窗遮擋導(dǎo)致關(guān)鍵畫(huà)面丟失時(shí)，此時(shí)激光雷達(dá)輸出的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，將與攝像頭形成相互補(bǔ)充，成為系統(tǒng)的重要安全保障。

讓雨霧天行駛更安全

為什么激光雷達(dá)能行

激光雷達(dá)主動(dòng)發(fā)光，視線更遠(yuǎn)

雨霧的本質(zhì)是空氣中彌散著小水滴，會(huì)吸收、散射光線。光線在雨霧中穿梭時(shí)被吸收、散射到不同方向，不僅讓太陽(yáng)光到達(dá)地面光線減少，被物體表面反射后，再經(jīng)過(guò)雨霧的層層吸收，到達(dá)人眼和汽車攝像頭時(shí)已極大衰減，不足以看清物體。霧天通常發(fā)生在光照條件本就更弱的清晨和夜間，對(duì)汽車感知能力的挑戰(zhàn)尤為巨大。

在保證人眼安全的前提下，激光雷達(dá)到達(dá) 100 米附近物體的光功率密度相當(dāng)于可見(jiàn)光的 7 倍左右3，自然能在惡劣天氣情況下依然保證更高質(zhì)量的探測(cè)性能。尤為可貴的是，激光雷達(dá)發(fā)射的不可見(jiàn)光并不會(huì)像可見(jiàn)光一樣對(duì)人眼造成光線錯(cuò)亂，只是默默地守護(hù)每一段路程，帶給車輛更好的安全。

大“光圈”設(shè)計(jì)，為光子敞開(kāi)大門

在雨霧天，傳感器面臨的另一挑戰(zhàn)是視窗被水霧附著遮擋，影響光線的透過(guò)，導(dǎo)致感知能力進(jìn)一步惡化。

車載攝像頭由于光學(xué)口徑小，有時(shí)候單個(gè)雨滴就會(huì)遮掉視野中包含關(guān)鍵信息的大片區(qū)域。為此，汽車制造商不得不開(kāi)發(fā)清洗系統(tǒng)解決方案，以防止攝像頭鏡頭上產(chǎn)生積水和污垢。

而激光雷達(dá)采用了更大的光學(xué)口徑，最大程度保證光線的進(jìn)入，使得光線被視窗水滴的影響大大降低。因此即使激光雷達(dá)的測(cè)遠(yuǎn)能力有所下降，但數(shù)據(jù)依然完全不會(huì)因雨水而失真，保證了對(duì)路面車輛、行人的穩(wěn)定感知。

視窗水滴附著會(huì)導(dǎo)致攝像頭大片區(qū)域數(shù)據(jù)丟失

值得一提的是，禾賽 AT 系列產(chǎn)品采用的轉(zhuǎn)鏡方案，其光學(xué)口徑遠(yuǎn)大于 MEMS 振鏡方案，在面臨雨霧時(shí)也會(huì)展現(xiàn)出更大優(yōu)勢(shì)。

激光雷達(dá)和攝像頭光學(xué)口徑對(duì)比

單光子探測(cè)器，全力捕捉每一個(gè)回來(lái)的光子

當(dāng)光子進(jìn)入“光圈”的大門之后，還需要在感知的最后環(huán)節(jié)即探測(cè)器端被捕捉，才能成功向處理器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，此時(shí)比拼的就是對(duì)探測(cè)器對(duì)光子的捕捉能力，禾賽面向量產(chǎn)智能汽車交付的激光雷達(dá)采用了先進(jìn)的單光子探測(cè)器，只需幾個(gè)光子就能產(chǎn)生有效的數(shù)據(jù)信號(hào)，全力保障汽車感知能力在各種情況下不打折扣。

禾賽面向ADAS的產(chǎn)品采用了單光子探測(cè)器

激光雷達(dá)測(cè)遠(yuǎn)能力越強(qiáng)，穿透雨霧能力越強(qiáng)

總而言之，既然雨霧會(huì)削弱激光雷達(dá)的測(cè)遠(yuǎn)能力，那么只有激光雷達(dá)在標(biāo)準(zhǔn)條件下的測(cè)遠(yuǎn)能力越強(qiáng)，在雨霧天才能依舊保證較遠(yuǎn)的探測(cè)。從這個(gè)角度來(lái)看，評(píng)價(jià)一款激光雷達(dá)穿透雨霧能力的重要標(biāo)準(zhǔn)就是 10% 反射率標(biāo)準(zhǔn)測(cè)距能力。相比于 150 米 @10% 的激光雷達(dá)，200 米 @10% 的激光雷達(dá)在雨霧天的表現(xiàn)能夠提升 1/3，使得智駕系統(tǒng)的感知能力能在雨霧天發(fā)揮出最大效果，持續(xù)保障汽車的全天候全場(chǎng)景的行駛安全。

L3加速落地

提升全場(chǎng)景感知能力是趨勢(shì)

隨著 L2 級(jí)自動(dòng)駕駛的大規(guī)模普及，今年 5 月，在 15 萬(wàn)以上的新能源汽車中，激光雷達(dá)滲透率達(dá) 20.5% 4，已經(jīng)提前實(shí)現(xiàn)了“跨越鴻溝”。

2024 年，L3 拉開(kāi)序幕，對(duì)汽車感知的全場(chǎng)景泛化能力提出了新的要求，未來(lái)的激光雷達(dá)不僅要具備更高的性能，更要具備穿透雨霧、濾除噪點(diǎn)各類新“技能”，幫助 L3 使用場(chǎng)景擴(kuò)展到更廣泛的天氣條件。

審核編輯：彭菁