自動(dòng)駕駛中的激光雷達(dá)(LiDAR)總結(jié)

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重磅干貨，第一時(shí)間送達(dá)

作者丨eyesighting@知乎

來源丨h(huán)ttps://zhuanlan.zhihu.com/p/514851290

前言

為了理解當(dāng)今市場(chǎng)上廣泛的激光雷達(dá)技術(shù)，可以將其分為 4 代：

第1代：Rotating，機(jī)械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)；

第2代：MEMS，微驅(qū)動(dòng)點(diǎn)掃描激光雷達(dá)；

第3代：Electronically Scanning，電子掃描激光雷達(dá)；

第4代：Global Shutter Flash，固態(tài)全閃光激光雷達(dá)。

1.第1代-機(jī)械旋轉(zhuǎn)掃描激光雷達(dá)

1.1 基本原理

機(jī)械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)將多個(gè)離散激光器和探測(cè)器集成在一個(gè)外殼中。垂直分辨率由封裝在外殼中的激光器數(shù)量定義，而 360 度視野是通過整個(gè)系統(tǒng)的快速機(jī)械旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。

1.2 優(yōu)劣分析

雖然這在激光雷達(dá)誕生之初是一項(xiàng)令人興奮的技術(shù)，并在 2000 年代 DARPA 大挑戰(zhàn)賽期間幫助推出了該技術(shù)，但旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)以高昂的價(jià)格提供有限的分辨率，因?yàn)樗鼈兊姆直媛适怯呻x散激光器的數(shù)量定義的，這些激光器可以組裝成一個(gè)小外殼，并通過這些激光器和收集其信號(hào)的離散探測(cè)器之間的精細(xì)對(duì)準(zhǔn)。

此外，這些系統(tǒng)還存在掃描系統(tǒng)常見的幾個(gè)額外缺陷，例如運(yùn)動(dòng)模糊、卷簾快門、失真以及由振動(dòng)或沖擊引起的可靠性問題。這些系統(tǒng)旨在優(yōu)化系統(tǒng)性能，但忽略了尺寸、重量、功率、成本、冷卻和合規(guī)性等考慮因素。具體來說，它們往往很大并產(chǎn)生 360 度視野，無論是否有必要。因此，它們通常從車頂突出，不適合將美學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)集成到車輛中。

1.3 主流產(chǎn)品

Velodyne-AlphaPrime

企業(yè)官網(wǎng)：https://velodynelidar.com/products/alpha-prime/

產(chǎn)品主頁(yè)：https://velodynelidar.com/products/alpha-prime/

AlphaPrime

AlphaPrime

Ouster-OS2

企業(yè)官網(wǎng)：https://ouster.com/zh-cn/

產(chǎn)品主頁(yè)：https://ouster.com/zh-cn/products/scanning-lidar/os2-sensor/scanning-lidar/os2-sensor/

OS2

OS2

禾賽-Pandar128

企業(yè)官網(wǎng)：https://www.hesaitech.com/zh

產(chǎn)品主頁(yè)：https://www.hesaitech.com/zh/Pandar1288

速騰聚創(chuàng)-RS-Ruby

企業(yè)官網(wǎng)：https://www.robosense.cn/

產(chǎn)品主頁(yè)：https://www.robosense.cn/rslidar/RS-Ruby

RS-Ruby

RS-Ruby

2.第2代-微驅(qū)動(dòng)掃描激光雷達(dá)

2.1 基本原理

針對(duì)旋轉(zhuǎn)鏡激光雷達(dá)系統(tǒng)的不足，幾家公司開發(fā)了微驅(qū)動(dòng)掃描系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通過偏轉(zhuǎn)一束或多束準(zhǔn)直激光束以及從一個(gè)或多個(gè)鏡子接收到的信號(hào)來操作，從而掃描視場(chǎng)并將目標(biāo)回波引導(dǎo)至檢測(cè)器。使用離散微致動(dòng)器或使用集成 MEMS 芯片實(shí)現(xiàn)光束控制。微驅(qū)動(dòng)掃描系統(tǒng)存在許多嚴(yán)重缺陷。最值得注意的是，這些系統(tǒng)在以給定幀速率運(yùn)行時(shí)會(huì)權(quán)衡視場(chǎng)分辨率。

例如，以每秒 25 幀（或 40 毫秒幀時(shí)間）運(yùn)行的點(diǎn)掃描系統(tǒng)為例。由于光需要 1.63 微秒才能傳播到 250 米目標(biāo)并返回，因此單光束只能捕獲 40 毫秒/1.63 微秒 = 每幀 24,500 個(gè)目標(biāo)方向。如果系統(tǒng)的角分辨率為 0.05° x 0.05°，則總視野將被限制在大約 60 平方度，例如 7.7° x 7.7°。如此狹窄的視場(chǎng)通常不足以用于遠(yuǎn)程應(yīng)用，迫使此類激光雷達(dá)系統(tǒng)在整個(gè)視場(chǎng)以可變分辨率運(yùn)行。可變分辨率存在丟失意外對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)下游數(shù)據(jù)融合引擎造成計(jì)算負(fù)擔(dān)。

2.2 優(yōu)劣分析

與第1代系統(tǒng)類似，第2代系統(tǒng)也存在運(yùn)動(dòng)偽影。例如，由于視野采集是連續(xù)的，當(dāng)車輛處于第一位置時(shí)，可以對(duì)對(duì)象進(jìn)行第一次成像，然后當(dāng)由于車輛的變化而出現(xiàn)在不同方向時(shí)，可以再次掃描相同的對(duì)象位置。因此，使用此類系統(tǒng)在點(diǎn)云中看到街道標(biāo)志兩次出現(xiàn)的情況并不少見。

微驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也存在機(jī)械缺陷。由于實(shí)現(xiàn)其角分辨率所需的嚴(yán)格公差，這些系統(tǒng)更容易受到振動(dòng)、沖擊和溫度影響。它們還需要仔細(xì)對(duì)齊，除其他因素外，這也導(dǎo)致了它們的高成本。無論是利用直接飛行時(shí)間信號(hào)采集還是 FMCW（多普勒頻移），當(dāng)前的第 2 代激光雷達(dá)系統(tǒng)都在繼續(xù)與復(fù)雜性、可靠性以及運(yùn)動(dòng)偽影作斗爭(zhēng)。

2.3 主流產(chǎn)品

Innoviz-InnovizTwo

企業(yè)官網(wǎng)：https://innoviz.tech/

產(chǎn)品主頁(yè)：https://innoviz.tech/innoviztwo

InnovizTwo

InnovizTwo

Luminar-Iris

企業(yè)官網(wǎng)：https://innoviz.tech/innoviztwo

產(chǎn)品主頁(yè)：https://www.luminartech.com/iris/

Luminar-Iris

Luminar-Iris

Opsys-SP3.0

企業(yè)官網(wǎng)：https://www.opsys-tech.com/

產(chǎn)品主頁(yè)：https://www.opsys-tech.com/products

SP3.0

速騰聚創(chuàng)-RS-M1

企業(yè)官網(wǎng)：https://www.robosense.cn/

產(chǎn)品主頁(yè)：https://www.robosense.cn/rslidar/RS-LiDAR-M11

量產(chǎn)車型：路特斯(4)、埃安LXPlus(3)、威馬M7(3)、小鵬G9(2)、智已LS7(2)

RS-M1

RS-M1

禾賽-AT128

企業(yè)官網(wǎng)：https://www.hesaitech.com/zh

產(chǎn)品主頁(yè)：https://www.hesaitech.com/zh/AT128

量產(chǎn)車型：路特斯、集度、理想、高合

AT128

圖達(dá)通-Falcon

企業(yè)官網(wǎng)：https://www.innovusion.info/

量產(chǎn)車型：ET7(1)

Falcon

Falcon

鐳神-C系列

企業(yè)官網(wǎng)：https://www.leishen-lidar.com/

產(chǎn)品主頁(yè)：7款

CX128S1：https://www.leishen-lidar.com/ch/154

CH128X1：https://www.leishen-lidar.com/ch/112

CH128：https://www.leishen-lidar.com/ch/68

CH64：https://www.leishen-lidar.com/ch/69

CH32：https://www.leishen-lidar.com/ch/70

CH16：https://www.leishen-lidar.com/ch/71

CB64S1：https://www.leishen-lidar.com/ch/72

CH128X1

CH128X1

CH128X1

3.第三代-電子掃描激光雷達(dá)

基本原理

對(duì)更可靠和更具成本效益的汽車激光雷達(dá)的追求導(dǎo)致一些公司開發(fā)電子掃描激光雷達(dá)。這些系統(tǒng)利用電子設(shè)備在沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)的情況下控制激光束。這些方法包括光學(xué)相位陣列 (OPA) 以及使用具有集成微透鏡的 VCSEL 陣列，這些微透鏡將陣列部分的光輸出引導(dǎo)到視場(chǎng)的各個(gè)子區(qū)域。

優(yōu)劣分析

雖然第 3 代激光雷達(dá)比機(jī)械掃描激光雷達(dá)提供更高的可靠性，但由于它們連續(xù)采集完整的點(diǎn)云，它們?nèi)匀淮嬖谶\(yùn)動(dòng)偽影。此外，許多掃描技術(shù)已被證明缺乏成熟度或?qū)囟然蛟O(shè)備到設(shè)備的可變性敏感。

主流產(chǎn)品

覽沃-HAP

企業(yè)官網(wǎng)：https://www.livoxtech.com

產(chǎn)品主頁(yè)：https://www.livoxtech.com/hap

量產(chǎn)車型：小鵬

HAP

HAP

4.第四代-固態(tài)全閃光激光雷達(dá)

4.1 基本原理

Sense Photonics 開發(fā)了唯一滿足市場(chǎng)需求的閃光激光雷達(dá)系統(tǒng)。該公司通過使用其專有的微轉(zhuǎn)移印刷工藝打印大量垂直腔表面發(fā)射激光器 (VCSEL) 來構(gòu)建其定制發(fā)射器。通過擴(kuò)散 VCSEL 的輸出以照亮整個(gè)視野，確保了眼睛的安全性和可靠性。對(duì)于其接收器，Sense 選擇了集成在內(nèi)部設(shè)計(jì)的智能成像傳感器芯片中的 CMOS 單光子雪崩二極管 (SPAD)，該芯片可同時(shí)處理超過 100,000 個(gè)像素的直方圖。該集成系統(tǒng)現(xiàn)已交付給選定的客戶，可在廣闊的視野范圍內(nèi)提供前所未有的點(diǎn)云分辨率。

4.2 優(yōu)劣分析

Sense 的第 4 代激光雷達(dá)采用可批量制造且符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了前所未有的成本效益。其獨(dú)特的架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)真正的全局快門采集，從而消除傳統(tǒng)激光雷達(dá)世代中普遍存在的運(yùn)動(dòng)偽影。由于不需要掃描，該系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)和沖擊具有魯棒性，并且不需要精細(xì)對(duì)準(zhǔn)或校準(zhǔn)。憑借其類似攝像頭的架構(gòu)，這些系統(tǒng)可以以美觀和空氣動(dòng)力學(xué)的方式有效地集成到車輛中。

4.3 主流產(chǎn)品

Quanergy-S3

企業(yè)官網(wǎng)：https://quanergy.com/

產(chǎn)品主頁(yè)：http://180.76.36.115:8090/display/Sensor/

S3

S3

S3

S3

S3

SensePhotonics-Godzilla

企業(yè)官網(wǎng)：https://sensephotonics.com/

產(chǎn)品主頁(yè)：https://sensephotonics.com/project-godzilla-end-of-compromise/

Godzilla

5.其他類型激光雷達(dá)

5.1 4DLiDAR

Aeva-AeriesII

企業(yè)官網(wǎng)：https://www.aeva.com/

產(chǎn)品主頁(yè)：https://www.aeva.com/aeries-ii/

視頻課程：自動(dòng)駕駛中的深度學(xué)習(xí)模型部署實(shí)戰(zhàn)

AeriesII

AeriesII

AeriesII

AeriesII

AeriesII

5.2 4DCam

TetraVue-4DCam

企業(yè)官網(wǎng)：https://tetravue.webflow.io/

產(chǎn)品主頁(yè)：https://tetravue.webflow.io/technology

4DCam

5.3 LiDAR平臺(tái)

Leddar-XLRator

企業(yè)官網(wǎng)：https://leddartech.com/

產(chǎn)品主頁(yè)：https://leddartech.com/solutions/lidar-xlrator/

r-xlrator/

XLRator

XLRator

XLRator

總結(jié)

第一代的激光雷達(dá)無法過車規(guī)認(rèn)證，主要應(yīng)用再非乘用車領(lǐng)域，比如：工業(yè)、物流，環(huán)衛(wèi)，或者在乘用車乘領(lǐng)域作為數(shù)據(jù)、算法、軟件的真值系統(tǒng)。第二代的激光雷達(dá)、第三代激光雷達(dá)的開發(fā)與量產(chǎn)是激光雷達(dá)在車領(lǐng)域落地的關(guān)鍵，目前很多車型已量產(chǎn)該類型的激光雷達(dá)。第四代激光雷達(dá)、4DLiDAR正在蓬勃發(fā)展，國(guó)內(nèi)外不少企業(yè)正在研發(fā)，后續(xù)應(yīng)該會(huì)逐漸走向落地和量產(chǎn)。4DRadar、4DCamera、第四代LiDAR(純固態(tài))、4DLiDAR可能會(huì)獨(dú)立成為一種主流的傳感器，也可能這幾種傳感器/技術(shù)走向融合，發(fā)展出新類型的復(fù)合傳感器。

      

       下載1：OpenCV-Contrib擴(kuò)展模塊中文版教程
       

      
      

       在「小白學(xué)視覺」公眾號(hào)后臺(tái)回復(fù)：擴(kuò)展模塊中文教程，即可下載全網(wǎng)第一份OpenCV擴(kuò)展模塊教程中文版，涵蓋擴(kuò)展模塊安裝、SFM算法、立體視覺、目標(biāo)跟蹤、生物視覺、超分辨率處理等二十多章內(nèi)容。
      
      

       

      
      

       下載2：Python視覺實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目52講
      
      

       在「小白學(xué)視覺」公眾號(hào)后臺(tái)回復(fù)：Python視覺實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目，即可下載包括圖像分割、口罩檢測(cè)、車道線檢測(cè)、車輛計(jì)數(shù)、添加眼線、車牌識(shí)別、字符識(shí)別、情緒檢測(cè)、文本內(nèi)容提取、面部識(shí)別等31個(gè)視覺實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目，助力快速學(xué)校計(jì)算機(jī)視覺。
      
      

       

      
      

       下載3：OpenCV實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目20講
      
      

       在「小白學(xué)視覺」公眾號(hào)后臺(tái)回復(fù)：OpenCV實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目20講，即可下載含有20個(gè)基于OpenCV實(shí)現(xiàn)20個(gè)實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)OpenCV學(xué)習(xí)進(jìn)階。
      
      

       

      
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