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傻子用激光雷達！就像人身上長了一堆闌尾一樣無用！

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一天，鋼鐵俠馬斯克說了這樣一句話：

當他公開說這句話時，我們所知道的自動駕駛領域分為視覺攝像頭和激光雷達。當然，更不用說馬斯克的激光雷達是否準確了，但激光雷達確實已經成為各汽車公司發展的焦點。最近的2021年廣州車展就是一個很好的例子，有很多Anpec代理激光雷達組裝在一些新車上。因此，激光雷達似乎已成為主要汽車公司實現高級自動駕駛的重要組成部分。那么，它真的像馬斯克說的那樣無用嗎？

激光雷達初識

英語激光雷達Lidar（Light Detection and Ranging），它是一種以激光為載體進行測距和探測的傳感器。它也是一種雷達，但與我們常見的毫米波雷達和超聲波雷達不同，激光雷達使用激光束進行探測。

早在激光雷達推出之前，主流汽車公司就采用了以毫米波雷達和攝像頭為核心的感知機構。首先，毫米波雷達是一種雷達傳感器，利用天線發射毫米波作為放射波，通過處理目標反射信號獲取汽車與其他物體的相對距離、相對速度、角度和運動方向。然而，毫米波雷達只能簡單地獲得前面是否有障礙物，但不能準確識別障礙物的類別，這將導致幽靈制動現象。

一般來說，由于系統算法的問題，傳統的毫米波雷達會自動過濾掉靜態物體，但不同的硬件和系統方案有不同程度的過濾，這也是幽靈制動的來源。例如，過濾不危險的障礙物太少，當道路上的一些金屬碎片反射時，會出現類似的緊急制動，因此道路標志、高速攝像頭龍門架、兩側護欄，甚至道路上的金屬瓶等，可以反射回波物體將被毫米波雷達識別為障礙物，因此在車輛自動駕駛時，系統自動減速、誤剎車。

作為輔助駕駛的必要傳感器之一，車載攝像頭可以感知車輛周圍的情況，實現前碰撞預警、車道偏差預警、行人檢測、自動停車等自動駕駛功能，提高駕駛安全性。此外，由于其設置位置不同，車載攝像頭還具有一定的需求特性和應用場景，是一種非常系統的存在。其中，環視和后視一般采用135度以上的廣角鏡頭，探測距離在10米以內。前置攝像頭對視距要求較大，視角范圍一般為40-70度，視距要求一般在120米以上，雙目攝像頭視距一般小于單目攝像頭。

西奧多·梅曼

由于激光具有很強的方向性，并結合了光的垂直物理特性，因此最好作為測距工具。1967年7月，美國人第一次載人登月，并在月球上安裝了一個發射器來計算地球和月球之間的距離。

事實上，激光雷達的原理也與之相似，可以看作是用多個激光測距儀工作，再比如：

作為非專業小白，面對市場上琳瑯滿目的激光雷達產品，我們應該如何認識其性能？一般來說，激光雷達有很多參數，包括激光波長和探測距離FOV(垂直 測距精度、角分辨率、出點、線束、安全等級、輸出參數、IP保護等級、功率、電源電壓、激光發射(機械/固態)、使用壽命等。

但作為我們，只要專注于思考。他們是什么？讓我們一個一個地說。

激光波長

波長是指波在振動周期內傳播的距離。激光波長越大，繞射能力越強，遠處不規則物體的識別越清晰。市場上的激光雷達波長分為905nm和1550 nm兩種。波長為905nm以硅基光電探測器為發射源，具有成本低、技術成熟的優點。但它也有缺點，即905nm激光源對人眼有一定的傷害。雖然它是一個看不見的光源，但在一定的能量下，當波長的激光照射到人類的眼睛時，它會灼傷視網膜。因此，用作激光雷達發射源時，應降低功率。因此，它的抗天氣干擾能力較弱，對雨霧的滲透性不足。

雖然兩者都是根據光的傳播來確定目標的距離，但三角形雷達只有在近距離時才具有最高的精度。如果探測遠距離目標，目標圖像越遠CCD當測量值超過一定距離時，傳感器上的位置差和角度也越來越小，CCD很難區分，所以不適合遠距離測量。而TOF脈沖激光采樣依賴于飛行時間，時間精度不會隨著長度的增加而變化TOF能嚴格控制視場，減少環境光的影響。與三角測距法相比，TOF在長距離范圍內，雷達可以測量更遠的距離并保持更高的精度。

激光線束

當我們去了解激光雷達時，我們經常聽到的最多的參數是這個激光雷達有多少線束，那么多少線束與它有什么關系呢？

一般來說，激光雷達分為單線和多線，多線可繼續細分為4線、8線、16線、32線、64線和128線。事實上，這里的線束是指激光雷達發出的激光信號，而單線激光雷達只能進行平行掃描探索，而不是垂直掃描探索。因此，雖然它在掃描速度和分離率方面表現良好，但由于無法測量物體的高度，它在使用上有很大的局限性，因此只能用于伺服機器人，即掃地機器人。

角分辨率

激光雷達輸出的圖像也被稱為點云圖像，相鄰兩點之間的夾角是角分辨率。一般來說，角分辨率分為垂直分辨率和水平分辨率兩種。其中，水平分辨率高并不難，因為水平分辨率是由電機驅動的，所以水平分辨率可以很高。一般可達0.01度。垂直分辨率與發射器的幾何大小和排列有關，即相鄰兩個發射器之間的間隔越小，垂直分辨率越小，垂直分辨率為0.1~1度級。此外，由于激光雷達的采樣率是一定的，幀率越高，角分辨率越低；幀率越低，角分辨率越高。

例如，激光雷達的最小角分辨率0.08°幀率10對應Hz當幀率設置為20時Hz當角分辨率自動變為0時.16°。采樣率表示激光雷達每秒有效采集的次數，可直觀理解為一秒內產生的點云數。角分辨率和幀率可以計算采樣率：角分辨率0.08°每幀點云數：360°/0.08°=4500；每秒10幀，每秒點云數：4500×10=45000；所以PAVO的采樣率為45kHz。

出點數

這很容易理解。它是激光雷達每秒發射的激光點。激光雷達的點數一般從幾萬到幾十萬不等。例如，性能為64線，水平FOV是120°，水平分辨率為10Hz掃描頻率為0.2°在這種情況下，它的轉換等于:激光可以單次打64點，掃描120點°能打出64x120/0.2=38400，1秒掃描10次，共38400 pts/s。所以點越多，掃描效果越好。

除上述幾點外，激光雷達還應注意對深色物體的檢出率和對環境光抗的干擾。

深色物體檢出率

在我們生活的世界里，一切都是豐富多彩的，但深色會吸收大部分光能（如：黑色自制太陽能熱水器），所以激光雷達激光信號在白色物體和深色物體檢出率非常不同，現在大多數物體主要是深色，所以激光雷達對深色物體的檢出率非常重要。

目前，市場上銷售的激光雷達以90%反射率的白紙（漫反射對象）作為測試參考基準，但有效檢測深色數據也是一個重要的性能指標。至少在正常情況下，一稱超過10米的激光雷達可以有效檢測至少6米的深色物體。

環境光抗干擾能力

環境光除了檢測深色物體外，還會影響激光雷達的檢測，包括陽光或室內照明，會影響雷達傳感器，產生噪聲，也會導致雷達的有效測量距離變短或完全無法測量距離。因此，能否區分環境光對激光雷達的調整、系統和算法有很高的要求。

探索激光雷達的類別

以上只是激光雷達的工作方式。根據不同的掃描方法，可分為旋轉機械激光雷達、混合半固態雷達和全固態雷達。

機械激光雷達

機械激光雷達一般采用360度旋轉掃描法，可物理旋轉周圍環境3D掃描形成全面覆蓋形成點云。

然而，它也有缺點。首先，高頻旋轉和復雜的機械結構使其平均故障時間僅為1000-3000小時，難以滿足汽車級設備最低1.3萬小時的要求。此外，機械激光雷達的放置位置應放置在車輛的最高點，因此不僅占地面積過高，而且也需要加固和改造，這影響了車輛的重心安全。此外，限制它最重要的是昂貴！八萬起，一定是美刀。

純激光雷達

與上述機械結構雷達相比，由于沒有復雜的旋轉機構，純固態激光雷達大大提高了產品的耐久性，并有效地壓縮了整個設備的體積。市場上常見的固態雷達分為OPA光學相控陣和Flash閃光兩種。

OPA（Optical Phased Array）激光雷達，光學相控陣

在提到這種形式的激光雷達之前，我們先來看看什么是相陣控。

我們生活中最常見的例子是水波。例如，在一個方形的池中，兩個由振動引起的兩個水波會在交匯處相互疊加。如果兩列波在某些方向相互增強，而另一些是抵消，則可以很容易地控制水波的方向。

因此，如果基于這一現象，將使用多個光源組成陣列，通過控制每個光源發射的時差，可以合成靈活、精確、可控的主光束，這是相控陣列的原理。實際上，使用這一原理的設備是軍事上常用的相陣控雷達。通過控制相控陣雷達平面陣列各陣元的電流相位，可以干擾不同位置的波源，從而指向特定方向。掃描效果可以通過往復控制相位差來實現。

美國常見的軍用相陣控雷達，如阿利·在伯克級驅逐艦上AN/SPY-1D宙斯盾相陣控雷達和中國052C346海星相陣控雷達配置在導彈驅逐艦上。

“阿利·在伯克級驅逐艦上AN/SPY-1D宙斯盾相陣控雷達

但棱鏡激光雷達最大的缺點是FOV(視角)小，需要搭配多個棱鏡激光雷達覆蓋視場補盲。

激光雷達在其他領域

激光雷達除了測距功能外，還開發了激光跟蹤、激光速度測量、激光掃描成像等技術，廣泛應用于我們生活的周邊設施。

例如，我們在3中很常見D激光雷達主要用于測量和監控打印物，以減少生產誤差。在我們居住的城市，激光雷達將用于速度測量，其探測距離比傳統速度測量雷達更遠、更準確。

激光雷達主要用于漁業資源調查和海洋生態環境監測。其中，工業資源調查采用藍綠色脈沖光作為刺激光源。通過識別和提取激光回波信號，可以識別魚的分布區域和密度信息，并結合偏振特分析。海洋激光熒光雷達常用于海洋生態環境監測，通過探測和分析激光誘導目標發射的熒光等光譜信號，獲得海洋浮游生物和葉綠素的種類和濃度分布信息。

此外，激光雷達還可廣泛應用于危險預報、醫學掃描、軍事檢測等領域。