你还记得多年前科技圈那句狂言吗?说搞激光雷达的都是傻瓜,放着成熟的视觉方案不用,偏折腾贵又难用的新东西,纯纯瞎耽误工夫。结果才短短几年,这话早就成了圈里的笑谈,激光雷达不但没凉,反而杀进了各行各业,现在更是成了智能汽车圈的香饽饽。
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激光雷达测距离的逻辑其实很简单,核心就是ToF飞行测距法,说白了就是算激光跑个来回的时间,乘以光速再除以二,障碍物离车有多远,一下子就能算准。只测单个点肯定没用,想要拿到整个周围环境的完整三维信息,就得不停调整激光的发射角度。
最早的激光雷达思路特别粗暴,直接把一堆激光器塞进圆筒,让整个装置疯狂旋转,扫一圈就能拿到一圈的点数据。可这种设计缺点太扎眼,一套下来动辄几十万,普通家用车根本用不起。而且天天转的机械结构很容易磨损出问题,车顶顶着个大圆筒样子也丑,很快就被行业淘汰了。
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既然转整套装置太麻烦,工程师换了个思路,把激光器固定住,靠反光镜改变激光方向,这就是现在主流半固态激光雷达的核心逻辑。最早的半固态方案用六棱柱反光镜旋转,激光打在镜面上就能实现水平扫描,垂直方向还是得多排激光器配合才行。
后来有工程师改成双镜架构,旋转的转镜管水平扫描,另一个振镜管垂直角度调整,就跟老式CRT电视逐行扫画面一样,只用单个激光器就能覆盖整个视场范围。还有更轻巧的方案,就是用MEMS振镜代替复杂的大机械结构,靠电流控制镜子小范围偏转,就能精准调整激光方向。
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不过单颗MEMS振镜的偏转角度有限,得要多颗配合才能覆盖足够大的扫描范围。除了反射方案,也有人用棱镜折射原理做扫描,或是调整激光频率改变折射角度,可这些方案要么扫描不均匀,要么还是离不开额外机械结构,说到底都属于半固态范畴。
想要彻底甩掉机械结构,还得靠全固态激光雷达。比如光学相控阵方案,通过控制多束激光的相位差,利用光的干涉直接改变发射方向,可相干干扰的问题到现在都没法完美解决,离大规模量产还有不小的差距。
另一种Flash方案更像拍照,一次性发射整个面的激光,用阵列接收器一次性接收数据,连扫描步骤都省了,可一直没做好成本和分辨率的平衡,至今也没能大规模上车。
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视觉方案已经用了上百年,很多人搞不懂为啥非要折腾激光雷达。其实不管是人眼还是摄像头,都有天生的缺陷,暗光环境看不清细节,逆光或是进出隧道会被强光晃瞎,判断距离也不够精准,跑高速的时候很容易引发追尾事故。
激光雷达自带发射光源,完全不受环境光影响,天生就能精准测距,刚好补上了视觉方案的所有短板。不过过去激光雷达最大的痛点就是分辨率不足,主流机型在100米外的点间距都有0.26米,一只狗子大小的物体只能反射出几个点,根本没法快速识别,高速行驶根本来不及反应。
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华为推出的896线激光雷达,直接把纵向分辨率拉到了行业新高度。比之前主流的192线提升了四倍,100米外的垂直点间距缩小到了6厘米,就算是手机大小的物体都能被精准探测到。这还不是它最核心的亮点,真正的杀招是双光路一体双焦架构。
这套架构其实借鉴了人体的工作逻辑,把高清长焦和广角两套光路集成在了同一个雷达里。长焦部分的视场角更小,横向点密度更高,相当于把算力集中在视野中心区域,做出了类似人眼黄斑区的高分辨率效果,55米外都能看清小狗摇尾巴。
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官方给出的对比数据最直观,老款192线雷达只能在100米外识别30厘米的小目标,高速上车速最多只能控制在80公里每小时。华为全新的896线双光路雷达,能在120米外识别14厘米的小目标,高速车速可以拉到120公里每小时,完全符合国内高速的限速要求。
暗光环境的性能差距更明显,老款192线只能在42米外识别低反光物体,华为这款雷达的识别距离直接达到122米,完全覆盖了夜间高速行驶的安全需求。之前放出的现场实拍演示冲击力拉满,无路灯的高速路上,车辆以120公里每小时行驶,旁边停着大卡车,路面散落着各种障碍物。
路锥、纸箱、横躺的轮胎甚至趴在地上的静态小狗,搭载这款雷达的车辆丝滑变道避开了所有障碍,全程没有任何卡顿。这其实意味着,图像级激光雷达的时代真的来了。当激光雷达的分辨率接近视觉效果,再和视觉、毫米波雷达融合,汽车的环境感知能力就能远超人类眼睛。
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智能驾驶的核心从来不是复刻人类开车的方式,而是拓展人类感知的上限。当年被全网群嘲的“傻瓜技术”,靠一代代技术迭代成了智能驾驶安全的标配。未来的每一辆智能汽车,估计都会用上多传感器融合的方案,在极端路况下给驾驶员守住安全底线。
参考资料:中国汽车报 华为896线激光雷达赋能智能驾驶
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