激光雷达在自动驾驶中的作用 华为激光雷达参数详解

新势力造车在近两年得到飞速发展，国内的蔚来、理想、小鹏等都在资本市场上融到了大量的资金，早期的新势力汽车是从新能源电动车入手，因为自动驾驶门槛较高，但是随着技术的发展和客户潮流的需要，自动驾驶不得不提上日程，尽管特斯拉的马斯克对激光雷达不屑一顾，但是还是有除特斯拉以外的大部分厂商都在使用激光雷达，而且是作为主要的传感器。因此，激光雷达是自动驾驶中绕不过去的坎，本文对激光雷达的参数进行详细解读。

激光雷达在自动驾驶中的作用，主要是3D/4D环境感知，探测车辆行驶过程中的路况和障碍物，把数据和信号传递给自动驾驶的大脑，再做出相应的驾驶动作。激光雷达可以说是自动驾驶中无形的眼睛，一辆车上大大小小的激光雷达可能数个或者数十个。

激光雷达参数详解

激光雷达参数很多：激光的波长、探测距离、FOV(垂直+水平)、测距精度、角分辨率、出点数、线束、安全等级、输出参数、IP防护等级、功率、供电电压、激光发射方式(机械/固态)、使用寿命等。

和用户直观感受很大的包括六大参数： 探测距离、测距精度、线束、FOV(垂直+水平)、角分辨率、出点数。

下图就是华为激光雷达的几个参数：探测距离220米，水平FOV 140°，垂直角分辨率小于0.1°。如果您对激光雷达不了解，看着肯定会晕。

华为激光雷达

接下来我们就对和用户直观感受相关的参数逐一说明：

1、探测距离

探测距离很好理解，就是激光雷达能够探测的范围，或者说半径。

激光雷达的测距能力与被测物体的反射率相关。反射率就是射到目标物的激光能够被反射回来的比率。

目标反射率越高，雷达能够检测到的有效回波就越多，所以能测量的距离越远。

所以探测距离一般和反射率一起出现，比如150米@10%，就是指在目标反射率为10%的情况下探测距离为150米。

说探测距离不说反射率就是耍流氓！当然上图中华为的参数没有反射率，估计写胶片的时候该产品还没最终定型。

2、探测精度

探测精度是指探测距离的精确度，一般以厘米计，探测精度越高，3D景深刻画的越准。

3、线束

激光雷达分为单线束和多线束。

单线束激光雷达只有一个激光发射器，随着雷达转动形成一条水平扫描线，所以只能检测前方有没有障碍物。

多线激光雷达在垂直方向有多个激光发射器，随着雷达转动形成多条水平扫描线，这样就能够扫描一个平面。

如下图所示：

举个例子，单线束就像我们用一个手指头去触摸物体，而多线束就像我们用整个手掌甚至是双手触摸物体。

显然，线束越多，对目标物的刻画越详细，当然价格也就越贵。

4、FOV(水平 垂直)

这是探测视野，包括水平和垂直两个方向，就像是我们打开手电筒照一面墙，光能覆盖的范围一样。

机械式激光雷达能够360°旋转，所以水平FOV是360°。固态激光雷达的水平FOV会小一些，比如华为这款120°已经算是大视角了。水平FOV越大，能够探测的范围越广。

垂直FOV只对多线束激光雷达有用。是指最上面一束激光和最下面一束激光形成的夹角。

垂直FOV的视野一般偏向地下一些，比如水平为0°，那么向上15°，向下25°，这样垂直FOV就是40°，如下图所示。这样的好处是能够让车辆更多的探测到地面车辆和行人。

5、角分辨率

角分辨率和FOV一样，也分为水平和垂直两个方向。

水平分辨率是指左右两个扫描的激光点形成的夹角；由于激光雷达旋转，而激光发射器是脉冲，所以射到目标物上面的是一个一个点。

激光脉冲是固定频率的，所以水平方向的分辨率只和雷达旋转速度有关，只要速度足够慢，分辨率就可以很高，现在做到0.01°也是很正常。但是扫描速度慢也会影响信息采集的速率。所以水平分辨率要和确定的扫描速度对应，扫描速度一般用频率来表示，即1秒扫描来回扫描多少次。

垂直分辨率是指上下两个线束形成的激光点的夹角。线束在垂直方向上不是均匀分布的，而是中间密集，上下稀疏，如下图所示。这也很好理解，因为中间更有可能探测到行人或者是障碍物。

一般厂家宣称的垂直分辨率，显然是最密集那部分的分辨率。比如64线的产品，垂直FOV 40°，如果线束均匀分布，那么垂直分辨率是0.625°。可实际上厂家都是按密集那部分算，宣称垂直分辨率0.2°。华为胶片上面的垂直分辨率0.1，也是指最密集那部分。

6、出点数

也叫周期采集点数，举个例子，一个64线的激光雷达，水平FOV是120°，水平分辨率在10Hz的扫描频率下是0.2°。

我们可以知道，激光一次打出64个点，扫描一次120°能打出64x120/0.2=38400，1秒扫描10次，一共有384000 pts/s。

显然，出点数越多，扫描的效果越好，这就和机枪扫射是一样的道理。

总结

掌握了上面这6个核心参数，也就掌握了激光雷达的精髓。

再举个例子整体解释一下，拿一个学生的学习来做比较：

探测距离就是学习的深度，学的越深，掌握的知识越好；

探测精度就是学习的好坏，学到越好，将来考试成绩越好；

线束就是能同时学习几个学科，语文数学物理化学历史地理啥都行就是线束多；

FOV视角就是学习的广度，学的越广，知识越丰富；

角分辨率就是学习的精细度，学习的越细，考试遗漏的越少；

出点数就是学习的结果，点数越多，考试成绩越好。
编辑：hfy