lidar 自动驾驶的LiDar技术

纸|传感器技术(WW_CGQJS)

随着智能驾驶和自动驾驶的火热市场前景，越来越多的人进入这个行业，开发各种相关技术和产品。其中，激光雷达传感器开始引起许多人的注意。该传感器不仅可以应用于ADAS(高级驾驶员辅助系统)和自主车辆，还可以应用于无人机、工业自动化、地图绘制、机器人等应用。

激光雷达和雷达的区别

雷达一词是英语“无线电探测&测距”的缩写，它与激光雷达的能源不同。顾名思义，雷达是一种以无线电为能源的传感器。主要用于检测目标物体是否存在，确定其距离，有时还可以确定目标的角位置。

LIDAR是光探测& Ranging的缩写是激光探测和测距的缩写。它是一种以激光为辐射源的雷达，是激光技术和雷达技术相结合的产物。

激光雷达技术最早是由欧美一些发达国家在20世纪60年代中期为满足海图制作、港口和港口测量的特殊需要而提出的，并在20世纪80年代得到发展，但直到90年代初才趋于成熟。

用于自动驾驶的激光雷达技术

现在无人驾驶主要有两种解决方案。一种是使用激光雷达解决方案。屋顶上的组件叫做激光雷达。谷歌、百度、优步都用这个解决方案，但是这个解决方案比较贵，比如谷歌。其无人驾驶车辆原型中使用的威力登雷达定价为7万美元；因此，其他制造商采用了低成本的解决方案，例如在车辆前后部署毫米波雷达和用于ADAS功能的摄像机。

两种解决方案各有优势:LiDAR，类似于鲸鱼声纳或蝙蝠的发声器官。其原理是获得“光脉冲撞击物体并反射回接收器的传播时间”，然后根据光速已知的原理，将传播时间转换为LiDAR被测物体的距离。也就是说，激光雷达在测距精度上有优势。借助“毫米波+ADAS”的视觉解决方案，可以更直接地捕捉到物体的准确识别和颜色。事实上，视觉解决方案在识别近距离方面也相当准确，例如，我们的眼睛可以很容易地识别附近物体的景深。但是一般情况下，在比较远的情况下，用LiDAR匹配可以产生比较好的效果。

福特在美国亚利桑那州的惠特曼进行了夜间自动导航测试。

福特开发全自动驾驶技术，在福特亚利桑那汽车试验场进行夜间环境道路试验，是福特迈出的重要一步。这也是朝着实现“为全球消费者带来全自动驾驶技术的便利”的承诺迈出的实质性进展。该实验表明，即使没有依赖可见光的摄像头，福特使用的激光雷达传感器的性能也足够强大，可以与车载虚拟驾驶软件一起控制车辆在蜿蜒的道路上平稳行驶。

虽然这次测试并没有彻底改变自动驾驶技术，但它提高了人们对自动驾驶技术的理解。虽然雷达、摄像机、激光雷达激光测距定位导航传感器的组合是自动驾驶技术最理想的条件，但测试证明激光雷达传感器完全能够“独自作战”，即使没有照明也能正常工作。

为了在黑暗的环境中自由驾驶，福特自动驾驶测试车使用高分辨率的3D地图——这些地图已经完全包括道路、路标、地形、标志、建筑、树木等地标信息。在驾驶过程中，测试车辆通过激光雷达传输脉冲，以实时准确地在地图上定位。同时，雷达接收的数据可以与激光雷达传感器数据相结合，进一步提高自主车辆的综合感知能力。

在沙漠道路测试中，福特工程师使用夜视镜观察测试车进出车内的情况。夜视镜可以帮助他们清楚地观察到车载激光雷达传感器在驾驶过程中不断向车身周围发射网格状的红外激光射线。激光雷达传感器可以发射频率为280万/秒的激光脉冲，可以精确扫描周围环境。

激光雷达的创始人威力登的“超级冰球”

福特自动驾驶夜间测试中使用的激光雷达传感器是威力登公司生产的最新激光雷达测距传感器——SH Ultra PUCK Auto)——由于其形状和尺寸与冰球相似，被称为“超级感应冰球”。

威力登成立于1983年，已有30多年的历史。威力登在1983年发明了声波测距高增益伺服控制系统，以减少和限制扬声器输出造成的失真。2005年，它发明了激光雷达。

2005年，威力登的创始人大卫·霍尔利用立体视觉技术参加了国防高级研究计划局(DARPA)2004年至2005年的无人驾驶汽车挑战赛。2006年，大卫·霍尔发明了一种可以旋转360度的64线激光雷达。

目前，威力登已经生产和销售了三种激光雷达:HDL-64E(64线)、HDL-32E(32线)和VLP-16(16线)。谷歌、百度和优步等大多数无人驾驶汽车都使用他们的64线产品。

威力登64线最早用于地图及相关行业，32线主要用于固定翼无人机。过去几年，威力登激光雷达的主要订单来自地图行业、机器人行业和安防行业。以保安为例，威力登可以通过观察人流来了解变化。

随着近年来无人驾驶驾驶概念的升温，汽车行业将成为未来的主要需求来源。福特已经在其第三代自动驾驶汽车上使用了威力登最新的激光雷达——测距传感器——SH Ultra PUCK Auto。它被称为“超级感应冰球”，因为它的形状和大小与冰球相似。

激光雷达扫描物体时，由“感知系统硬件+计算功能软件”组成。增加激光线数后，可以减轻软件的计算负担。

硬件内部的每一条线都由一对激光发射器和接收器组成，它们以每秒20转的速度旋转，发射的激光应该达到100米到200米的距离。为了保证精确的测距，需要保证激光完成100-200米的距离后，发射的激光能够被一对接收器接收到。

此外，为了保证人眼的安全，威力登的激光雷达发射的激光束是一种眼睛安全的1级激光，平时肉眼是看不见的。然而，如果你用接近激光频率的硬件发射威力登雷达，你可以看到激光束。

要商业化，激光雷达的价格应该大幅降低。目前，威力登产品线的价格范围大约是64号线80000美元，32号线40000美元，上面无人机使用的VLP-16大约是8000美元。今年1月在拉斯维加斯展出的SH Ultra PUCK汽车仍处于概念阶段，没有大规模生产。威力登激光雷达价格居高不下的原因是，目前其机器都是手工制作的，人工组装和调整一般都很耗时，以确保激光发射和接收没有误差。

目前，威力登还与汽车制造商建立了合作关系，汽车制造商将测试威力登的新产品。预计威力登将在2017年推出迭代版，并在2018年第四季度推出芯片级产品(预计达到500美元)，最终在2020年投放市场。

全固态激光雷达的自动驱动

机械激光雷达依靠宏观旋转部件，混合固态激光雷达利用“微动”器件实现发射端的激光束扫描功能。由于全固态激光雷达没有宏、微运动部件，耐用性和可靠性的优势不言而喻，使激光雷达坚固、小巧、低成本符合自动驾驶的趋势，因此成为最终的竞争方向。