【太平洋汽車(chē)網(wǎng) 技術(shù)頻道】1638年，伽利略提著一盞燈站在山頭上，默默的把燈蓋了起來(lái)......

遠(yuǎn)處的另一個(gè)山頭上，他的助手在看到燈滅的一瞬間也把自己手上的燈蓋了起來(lái)。伽利略想用這樣的辦法計(jì)算出光的速度?？上粌H沒(méi)能測(cè)出光速，甚至沒(méi)能判斷出光速是不是無(wú)限的，對(duì)于當(dāng)時(shí)的技術(shù)手段，光速實(shí)在太快了。

不過(guò)伽利略的想法并沒(méi)有錯(cuò)。今天我們已經(jīng)能測(cè)出一束光射出，遇到物體后返回的精確時(shí)間差，同時(shí)我們也知道精確的光速，于是這個(gè)辦法就可以用來(lái)測(cè)量發(fā)射點(diǎn)到目標(biāo)物體的距離，這種方法叫做“飛行時(shí)間”，簡(jiǎn)稱(chēng)TOF。

今年開(kāi)始，突然冒出一大堆配備激光雷達(dá)的量產(chǎn)車(chē)，正是利用TOF測(cè)距，通過(guò)激光感知周邊的三維環(huán)境。激光雷達(dá)究竟有什么用讓這么多品牌趨之若鶩，有為什么直到今天才突然被廠商如此垂青？

激光雷達(dá)為什么會(huì)“躥紅”

近幾年來(lái)，自動(dòng)駕駛的概念越來(lái)越被頻繁的提及，而自動(dòng)輔助駕駛技術(shù)也在快速的發(fā)展。隨著自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)在量產(chǎn)車(chē)型上的需求與日俱增，相關(guān)的感知硬件也得以快速發(fā)展。

我們平時(shí)開(kāi)車(chē)需要用眼睛觀察路況，而自動(dòng)（輔助）駕駛便是通過(guò)感知硬件來(lái)感知周?chē)穆窙r。目前汽車(chē)上應(yīng)用到的感知硬件包括但不限于：攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)以及V2X相關(guān)硬件等。

作為一種新興崛起的感知硬件，激光雷達(dá)的原理前面也有簡(jiǎn)單提及，就是通過(guò)發(fā)射激光來(lái)測(cè)量周?chē)挛锏木嚯x。發(fā)射的激光線束越多，感知的區(qū)域和細(xì)節(jié)就越多，而通過(guò)讓反射的激光轉(zhuǎn)動(dòng)掃描，就可以得到一片區(qū)域的三維形態(tài)。

我們將激光雷達(dá)和其他感知硬件做一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比，其中超聲波雷達(dá)成本極低，但感知距離較近，主要用于停車(chē)輔助；而V2X還處在起步階段，尚未得到大量的應(yīng)用，這兩者不做比較。

攝像頭是目前最主流的自動(dòng)駕駛感知硬件，類(lèi)似人眼看世界，系統(tǒng)算法會(huì)自動(dòng)分析圖像并找出其中的各種事物。雙目攝像頭還可以像人眼一樣通過(guò)夾角分析出前方障礙物的距離。不過(guò)視覺(jué)十分依賴(lài)算法，而算法需要海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，對(duì)于后來(lái)者有極高的門(mén)檻。此外，攝像頭受逆光、能見(jiàn)度等環(huán)境因素影響頗大，識(shí)別準(zhǔn)確率在不同環(huán)境下會(huì)有較大波動(dòng)。

毫米波雷達(dá)在汽車(chē)上的應(yīng)用更久，ACC自適應(yīng)巡航就是靠毫米波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)的。目前毫米波雷達(dá)成本可控，同時(shí)毫米波雷達(dá)在惡劣天氣下也可以正常工作，并且可以更直接的判斷其他車(chē)輛的速度，因此在自動(dòng)（輔助）駕駛中應(yīng)用廣泛。但毫米波雷達(dá)識(shí)別精度有限，難以判斷障礙物的具體輪廓，目前主流的毫米波雷達(dá)甚至無(wú)法判斷垂直高度信息，對(duì)小尺寸障礙物的判斷更加模糊。

上海車(chē)展期間，華為發(fā)布了其最新的可裝車(chē)的4D成像雷達(dá)，其實(shí)也是一種毫米波雷達(dá)，不過(guò)在精度上進(jìn)行了大幅優(yōu)化。在成像精度上有了大幅提升，不僅可以勾勒出車(chē)、人等障礙物的大致輪廓，甚至可以越過(guò)前車(chē)探測(cè)前方兩臺(tái)車(chē)的速度與距離。相應(yīng)的，成本也有較大升高。且毫米波雷達(dá)對(duì)金屬敏感，對(duì)非金屬探測(cè)能力較弱的特性也一樣存在。

接下來(lái)就是激光雷達(dá)了，相比前兩者，激光雷達(dá)可以準(zhǔn)確的感知周邊環(huán)境的三維信息，探測(cè)精度在厘米級(jí)以?xún)?nèi)。這就使得激光雷達(dá)能夠準(zhǔn)確的識(shí)別出障礙物具體輪廓、距離，且不會(huì)漏判、誤判前方出現(xiàn)的障礙物。相比前兩者目前主流水平，激光雷達(dá)普遍的有效探測(cè)距離也更遠(yuǎn)。

當(dāng)然缺點(diǎn)也很明顯，一個(gè)是貴，早期的機(jī)械式激光雷達(dá)動(dòng)輒幾十萬(wàn)上百萬(wàn)，如今華為、大疆等將激光雷達(dá)的價(jià)格控制在了一千美元以?xún)?nèi)，已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用的程度，但相較其他感知傳感器依然顯得十分昂貴。

另外，激光雷達(dá)對(duì)工作環(huán)境要求也很高。我們知道，光和電磁波一樣由自己的波長(zhǎng)，而波長(zhǎng)越短走的線路越直，繞過(guò)障礙物的能力也越弱。毫米波雷達(dá)發(fā)射的電磁波波長(zhǎng)在1-10mm之間，而目前主流的激光雷達(dá)發(fā)射的激光波長(zhǎng)為905nm和1550nm。激光的優(yōu)勢(shì)在于聚焦，很長(zhǎng)的距離上都不會(huì)發(fā)散，但這樣就無(wú)法繞過(guò)障礙物，在雨霧、風(fēng)沙等天氣時(shí)會(huì)受到極大的干擾，甚至無(wú)法工作。

因此，激光雷達(dá)不能作為單獨(dú)的感知硬件，但激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)、攝像頭等進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，可以得出更全面的周遭環(huán)境信息，對(duì)自動(dòng)（輔助）駕駛的路徑規(guī)劃和安全性有著極大的幫助。

尤其在當(dāng)下，系統(tǒng)算法還沒(méi)有海量的數(shù)據(jù)訓(xùn)練升級(jí)的情況下，單純依賴(lài)攝像頭會(huì)有較大的安全隱患，而激光雷達(dá)正好可以與之互補(bǔ)，而同時(shí)激光雷達(dá)價(jià)格已經(jīng)下探到可以接受的程度，也因此成為了各大廠商趨之若鶩的自動(dòng)駕駛感知硬件新寵。

激光雷達(dá)歷史回顧

1916年，愛(ài)因斯坦提出了光的受激發(fā)射理論，人類(lèi)對(duì)激光開(kāi)始有了認(rèn)知。激光并不像紅外線、紫外線之類(lèi)的是某一波段的光的總稱(chēng)，而是有著精確的單一顏色和單一波長(zhǎng)的光，相比由多種顏色、波長(zhǎng)混合的自然光，激光有著亮度高、能量大、方向性好的特點(diǎn)。

直到1960年，人類(lèi)研制出了第一臺(tái)激光發(fā)生器，終于揭開(kāi)了利用激光的序幕。根據(jù)發(fā)生器材料的不同，可以生成從紫外線（10-400nm）到可見(jiàn)光（390-780nm）到紅外線（760-1000000nm）波段內(nèi)的不同激光。

激光誕生之后便廣泛應(yīng)用在軍事、醫(yī)療、通訊、工業(yè)、航空等各個(gè)領(lǐng)域，被認(rèn)為是繼核能、電腦、半導(dǎo)體之后人類(lèi)最重要的發(fā)明之一。

而激光雷達(dá)的想法，也是在激光發(fā)生器誕生后立馬就被考慮的一種用途。1969年7月美國(guó)第一次登月，在月球表面安裝了一個(gè)類(lèi)似鏡子的后向反射器裝置，在地球上向該裝置發(fā)射激光，人類(lèi)測(cè)得了精確的地月距離。

不過(guò)激光并沒(méi)有停留在測(cè)距這一單一的用途上，密集的激光束可以將被測(cè)物體的每一個(gè)細(xì)節(jié)都精確的建模還原，很快便被應(yīng)用在了測(cè)繪、文物保護(hù)、3D建模等領(lǐng)域。

應(yīng)用最廣泛的當(dāng)然是測(cè)繪，將高精度的激光雷達(dá)安置在汽車(chē)、飛機(jī)甚至衛(wèi)星上可以對(duì)大范圍的地形地貌進(jìn)行精確的還原，并且激光可以穿過(guò)狹窄的縫隙，因此在植被覆蓋的地表也能夠探測(cè)到植被下方的詳細(xì)地貌，這是其他測(cè)繪雷達(dá)等無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

不過(guò)測(cè)繪對(duì)激光雷達(dá)的進(jìn)度等要求很高，而市場(chǎng)相對(duì)而言并不是很大，因此激光雷達(dá)一直都在追求更好的性能，而價(jià)格也居高不下，早前Velodyne品牌的一套128線機(jī)械式激光雷達(dá)售價(jià)高達(dá)70萬(wàn)，而動(dòng)輒百萬(wàn)以上的激光雷達(dá)也并不鮮見(jiàn)。

故事的轉(zhuǎn)折發(fā)生在2005年，隨著九十年代末人工智能的發(fā)展，自動(dòng)駕駛概念也在飛速進(jìn)步。

2004年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局為了能夠找到為軍方打造無(wú)人駕駛汽車(chē)的解決方案發(fā)起了一項(xiàng)名為DARPA無(wú)人駕駛車(chē)挑戰(zhàn)賽的比賽。參賽隊(duì)伍中有一支來(lái)自音響品牌Velodyne，參賽的原因也很簡(jiǎn)單，創(chuàng)始人兼CEO David Hall為了打發(fā)“無(wú)聊”找的樂(lè)子。

David Hall改裝了一輛帶有全景攝像頭的皮卡參加了2004年的DARPA無(wú)人駕駛車(chē)挑戰(zhàn)賽，并未能完賽。但也正是在這屆比賽中，David Hall聽(tīng)說(shuō)了一個(gè)新玩意——激光雷達(dá)。

隨后，David Hall帶領(lǐng)Velodyne制造一款360°旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)，而這一發(fā)明讓Velodyne成為談及自動(dòng)駕駛繞不過(guò)去的一個(gè)名字，上市估值超過(guò)了30億美元。

2005年、2006年Velodyne帶著裝有激光雷達(dá)的無(wú)人駕駛參加了DARPA無(wú)人駕駛車(chē)挑戰(zhàn)賽，成績(jī)雖不理想，但卻讓Velodyne名聲大噪。

2007年，第四屆DARPA在美國(guó)西部加利福尼亞州維克多維爾的喬治空軍基地舉辦，在53支報(bào)名隊(duì)伍中，11支通過(guò)了資格測(cè)試，７支車(chē)隊(duì)跑完了全程，而完賽車(chē)隊(duì)中有６支搭載了激光雷達(dá)。

而此時(shí)，音響起家的Velodyne已經(jīng)成為了專(zhuān)業(yè)的激光雷達(dá)制造商，并推出了其知名的64線激光雷達(dá)產(chǎn)品。2010年，開(kāi)始布局無(wú)人駕駛汽車(chē)的谷歌也選用了Velodyne提供的激光雷達(dá)。

隨著Velodyne的崛起和無(wú)人駕駛汽車(chē)配備激光雷達(dá)的前景被看好，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始了車(chē)載激光雷達(dá)的研發(fā)，涌現(xiàn)出了Velodyne LiDAR、Luminar、Ouster、法雷奧、禾賽科技、華為、大疆覽沃、圖達(dá)通等一眾激光雷達(dá)頭部企業(yè)，激光雷達(dá)的成本也開(kāi)始大幅度降低。

在谷歌開(kāi)始自動(dòng)駕駛項(xiàng)目后，全球涌現(xiàn)出了大量的自動(dòng)駕駛研發(fā)的企業(yè)，包括百度、Uber、Cruise、文遠(yuǎn)知行、小馬智行等等。而這些企業(yè)無(wú)一例外的選擇從L4級(jí)無(wú)人駕駛開(kāi)始著手，自己打造測(cè)試車(chē)在法規(guī)限定的區(qū)域進(jìn)行測(cè)試。

由于尚未涉及量產(chǎn)，因此對(duì)于所搭載的激光雷達(dá)也沒(méi)有車(chē)規(guī)級(jí)要求，而高昂的成本本身也尚不是嚴(yán)重的問(wèn)題。

2015年，特斯拉宣布推出AutoPilot，率先拉開(kāi)了L2+、L3級(jí)自動(dòng)駕駛在量產(chǎn)車(chē)型上的大規(guī)模普及進(jìn)程。由于當(dāng)時(shí)激光雷達(dá)仍然價(jià)格高昂，馬斯克提出了純視覺(jué)的自動(dòng)駕駛方案，摒棄了昂貴的激光雷達(dá)。純視覺(jué)與激光雷達(dá)的路線之爭(zhēng)也由此開(kāi)始。

2018年，全球領(lǐng)先的汽車(chē)零部件供應(yīng)商法雷奧發(fā)布了全球首款車(chē)規(guī)級(jí)激光雷達(dá)——Valeo SCALA，隨后率先搭載在全新一代奧迪A8上。

激光雷達(dá)的種類(lèi)

Velodyne開(kāi)發(fā)的360°旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)是最早應(yīng)用在自動(dòng)駕駛汽車(chē)上的激光雷達(dá)類(lèi)型。他的特點(diǎn)是呈圓柱（錐）形，需要頂在車(chē)輛較高的位置。而在剛剛過(guò)去的上海車(chē)展上，我們見(jiàn)到了很多封閉在一個(gè)平面內(nèi)的激光雷達(dá)，而小鵬P5、極狐阿爾派S等車(chē)輛也并未將激光雷達(dá)裝配在車(chē)頂位置，因?yàn)檫@些激光雷達(dá)原理略有不同，目前（準(zhǔn)）量產(chǎn)車(chē)型上搭載的多數(shù)是混合固態(tài)激光雷達(dá)。

機(jī)械式激光雷達(dá)、混合固態(tài)激光雷達(dá)、純固態(tài)激光雷達(dá)是按照激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的分類(lèi)，不過(guò)分類(lèi)的依據(jù)并不止于此。激光雷達(dá)主要包括四大要素：測(cè)距原理、光束操作方式、光源、探測(cè)器，據(jù)此可以將同一個(gè)激光雷達(dá)歸類(lèi)到不同的分類(lèi)中。接下來(lái)我們舉幾個(gè)目前常說(shuō)的幾種分類(lèi)：

按結(jié)構(gòu)分類(lèi)

● 機(jī)械式激光雷達(dá)

機(jī)械式激光雷達(dá)是最早應(yīng)用于自動(dòng)駕駛的激光雷達(dá)類(lèi)型，以Velodyne推出的幾款產(chǎn)品最為知名。其特點(diǎn)是激光發(fā)生器豎直排列并可以360°旋轉(zhuǎn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)對(duì)四周環(huán)境進(jìn)行全面的掃描。

機(jī)械式激光雷達(dá)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)物理旋轉(zhuǎn)進(jìn)行3D掃描，對(duì)周遭環(huán)境進(jìn)行全面的覆蓋形成點(diǎn)云。

而缺點(diǎn)也很明顯，一個(gè)是高頻的轉(zhuǎn)動(dòng)和復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)致使其平均的失效時(shí)間僅1000-3000小時(shí)，難以達(dá)到車(chē)規(guī)級(jí)設(shè)備最低13000小時(shí)的要求。

另一個(gè)問(wèn)題是機(jī)械式激光雷達(dá)需要布置在車(chē)身最高點(diǎn)避免遮擋，對(duì)車(chē)輛造型造成很大的影響，凸起的雷達(dá)也較容易受損。

而在車(chē)頂布置激光雷達(dá)及其他設(shè)備以及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，對(duì)車(chē)輛重心也容易帶來(lái)影響。2017年，Uber一輛自動(dòng)駕駛測(cè)試車(chē)在自動(dòng)駕駛狀態(tài)與對(duì)向車(chē)輛發(fā)生碰撞導(dǎo)致側(cè)翻，被認(rèn)為與車(chē)頂過(guò)中的設(shè)備帶來(lái)的重心提高有關(guān)。

另外，機(jī)械式激光雷達(dá)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也不易控制成本，高昂的售價(jià)也是影響其廣泛裝備量產(chǎn)車(chē)型的一大因素。目前尚沒(méi)有達(dá)到車(chē)規(guī)并搭載在（準(zhǔn)）量產(chǎn)車(chē)型的經(jīng)銷(xiāo)商激光雷達(dá)問(wèn)世。

● 純固態(tài)激光雷達(dá)

針對(duì)車(chē)規(guī)級(jí)設(shè)備需要在連續(xù)振動(dòng)、高低溫、高濕高鹽等環(huán)境下連續(xù)工作的特點(diǎn)，固態(tài)激光雷達(dá)成為了較為可行的發(fā)展方向。相比機(jī)械式激光雷達(dá)，固態(tài)激光雷達(dá)僅面向一個(gè)方向一定角度進(jìn)行掃描，覆蓋范圍有所限制。但取消了復(fù)雜高頻轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，耐久性得到了巨大的提升，體積也可以大幅縮小。純固態(tài)激光雷達(dá)主要包括OPA光學(xué)相控陣和Flash閃光激光雷達(dá)兩種。

◆ OPA光學(xué)相控陣

喜歡軍事的朋友應(yīng)該都聽(tīng)過(guò)軍機(jī)、軍艦上搭載的相控陣?yán)走_(dá)，而OPA光學(xué)相控陣激光雷達(dá)的原理與之相似。

相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射的是電磁波，同樣也是波的一種，波與波之間會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。通過(guò)控制相控陣?yán)走_(dá)平面陣列各個(gè)陣元的電流相位，利用相位差可以讓不同的位置的波源會(huì)產(chǎn)生干涉，從而指向特定的方向。往復(fù)控制相位差便可以實(shí)現(xiàn)掃描的效果。

我們知道光和電磁波一樣也表現(xiàn)出波的特性，因此同樣可以利用相位差控制干涉讓激光“轉(zhuǎn)向”特定的角度，往復(fù)控制實(shí)現(xiàn)掃描效果。

OPA光學(xué)相控陣激光雷達(dá)發(fā)射機(jī)采用純固態(tài)器件，沒(méi)有任何需要活動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，因此在耐久度上表現(xiàn)更出眾。

但是，OPA激光雷達(dá)要求陣列單元尺寸必需不大于半個(gè)波長(zhǎng)，因此每個(gè)器件尺寸僅500nm左右，對(duì)材料和工藝的要求都極為苛刻，因此成本也相應(yīng)的居高不下，目前也很少有專(zhuān)注開(kāi)發(fā)OPA激光雷達(dá)的品牌。

◆ Flash閃光

Flash閃光激光雷達(dá)原理完全不同，他不是通過(guò)掃描的方式，而是在短時(shí)間內(nèi)直接向前方發(fā)射出一大片覆蓋探測(cè)區(qū)域的激光，通過(guò)高度靈敏的接收器實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境周?chē)鷪D像的繪制。Flash激光雷達(dá)的原理類(lèi)似于拍照，但最終生成的數(shù)據(jù)包含了深度等3D數(shù)據(jù)。

由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，F(xiàn)lash閃光激光雷達(dá)是目前純固態(tài)激光雷達(dá)最主流的技術(shù)方案。

但是由于短時(shí)間內(nèi)發(fā)射大面積的激光，因此在探測(cè)精度和探測(cè)距離上會(huì)受到較大的影響，主要用于較低速的無(wú)人駕駛車(chē)輛，例如無(wú)人外賣(mài)車(chē)、無(wú)人物流車(chē)等，對(duì)探測(cè)距離要求較低的自動(dòng)駕駛解決方案中。代表品牌包括Ibeo、大陸、Ouster、法雷奧等。

● 混合固態(tài)激光雷達(dá)

混合固態(tài)激光雷達(dá)是前兩者的折中方案，相較機(jī)械式激光雷達(dá)，混合固態(tài)激光雷達(dá)也只掃描前方一定角度內(nèi)的范圍，而相比純固態(tài)激光雷達(dá)，混合固態(tài)激光雷達(dá)也有一些較小的活動(dòng)部件。不過(guò)混合固態(tài)激光雷達(dá)在成本、體積等方面更容易得到控制。目前，混合固態(tài)激光雷達(dá)也有多種解決方案，主要包括MEMS振鏡、轉(zhuǎn)鏡、棱角等。

◆ MEMS微振鏡

MEMS微振鏡是通過(guò)控制微小的鏡面平動(dòng)和扭轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將激光管反射到不同的角度完成掃描，激光發(fā)生器本身固定不動(dòng)。對(duì)于反射的微振鏡也有靜電驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)、電熱驅(qū)動(dòng)、壓電驅(qū)動(dòng)等多種不同的控制方案。

由于取消了馬達(dá)、多棱鏡等較為笨重的機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)備，毫米級(jí)尺寸的微振鏡大大減少了激光雷達(dá)的尺寸，同時(shí)也提高了可靠性。而可以精確控制偏轉(zhuǎn)角度的微振鏡的引入可以減少減少激光器和探測(cè)器數(shù)量，通過(guò)控制掃描路徑達(dá)到等效機(jī)械式更多線束激光雷達(dá)的覆蓋區(qū)域和點(diǎn)云密度，極大地降低成本。

也正因此，MEMS微振鏡激光雷達(dá)會(huì)出現(xiàn)信噪比低，和有效距離短等問(wèn)題。增大鏡面尺寸可以有效增加MEMS激光雷達(dá)的精度，但最大偏轉(zhuǎn)角度也會(huì)因此受限，F(xiàn)OV視場(chǎng)角會(huì)更加受限。

目前，MEMS微振鏡激光雷達(dá)的代表品牌包括Innoviz、速騰聚創(chuàng)、先鋒等等。

◆ 轉(zhuǎn)鏡

與MEMS微振鏡平動(dòng)和扭轉(zhuǎn)的形式不同，轉(zhuǎn)鏡是反射鏡面圍繞圓心不斷旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)鏡在功耗、散熱等方面有著更大優(yōu)勢(shì)。法雷奧推出的全球首款車(chē)規(guī)級(jí)激光雷達(dá)就采用了轉(zhuǎn)鏡形式。

在轉(zhuǎn)鏡方案中，也存在一面掃描鏡（一維轉(zhuǎn)鏡）和一縱一橫兩面掃描鏡（二維轉(zhuǎn)鏡）兩種技術(shù)路線。一維轉(zhuǎn)鏡線束與激光發(fā)生器數(shù)量一致，而二維轉(zhuǎn)鏡可以實(shí)現(xiàn)等效更多的線束，在集成難度和成本控制上存在優(yōu)勢(shì)。

不過(guò)轉(zhuǎn)鏡方案與MEMS一樣存在信噪比低，和有效距離短，F(xiàn)OV視場(chǎng)角受限等問(wèn)題。目前轉(zhuǎn)鏡方案代表品牌包括華為、法雷奧、Ibeo、禾賽、Luminar、Innovusion等。

◆ 棱角

棱鏡激光雷達(dá)也稱(chēng)為雙楔形棱鏡激光雷達(dá)，內(nèi)部包括兩個(gè)楔形棱鏡，激光在通過(guò)第一個(gè)楔形棱鏡后發(fā)生一次偏轉(zhuǎn)，通過(guò)第二個(gè)楔形棱鏡后再一次發(fā)生偏轉(zhuǎn)?？刂苾擅胬忡R的相對(duì)轉(zhuǎn)速便可以控制激光束的掃描形態(tài)。

與前面提到的掃描形式不同，棱鏡激光雷達(dá)累積的掃描圖案形狀狀若菊花，而并非一行一列的點(diǎn)云狀態(tài)。這樣的好處是只要相對(duì)速度控制得當(dāng)，在同一位置長(zhǎng)時(shí)間掃描幾乎何以覆蓋整個(gè)區(qū)域。

不過(guò)對(duì)于高速移動(dòng)的汽車(chē)來(lái)說(shuō)，顯然不存在長(zhǎng)時(shí)間掃描的情況，因此也存在中心區(qū)域點(diǎn)云密集。兩側(cè)點(diǎn)云相對(duì)稀疏的情況。因此采用棱鏡激光雷達(dá)的小鵬P5選擇在車(chē)頭兩側(cè)分別配備一枚激光雷達(dá)，保證車(chē)頭前方區(qū)域有密集的點(diǎn)云覆蓋。

相比MEMS微振鏡和轉(zhuǎn)鏡方案，棱鏡激光雷達(dá)可以通過(guò)增加激光線束和功率實(shí)現(xiàn)更高的精度和更遠(yuǎn)的探測(cè)距離，不過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)也相對(duì)更加復(fù)雜，體積叫前兩者更難以控制，存在軸承或襯套的磨損等風(fēng)險(xiǎn)。目前發(fā)力棱鏡激光雷達(dá)的主要有大疆旗下的Livox覽沃，大疆憑借無(wú)人機(jī)時(shí)積累了精密電機(jī)制造技術(shù)，有信心克服棱鏡軸承或襯套壽命的難題。

按波長(zhǎng)分類(lèi)

前文已經(jīng)提到，激光是一種單一顏色、單一波長(zhǎng)的光，根據(jù)發(fā)生器的不同可以產(chǎn)生紫外線（10-400nm）到可見(jiàn)光（390-780nm）到紅外線（760-1000000nm）波段內(nèi)的不同激光，相應(yīng)的用途也各不相同。

由于要避免可見(jiàn)光對(duì)人眼的上海，激光雷達(dá)選用的激光波長(zhǎng)一般不低于850nm。而目前主流的激光雷達(dá)主要有905nm和1550nm兩種波長(zhǎng)。

● 905nm

由于905nm激光雷達(dá)接收器可以直接選用價(jià)格較低的硅材質(zhì)，因此成本也更加可控，905nm激光雷達(dá)成為了當(dāng)下最主流的激光雷達(dá)所選用的波長(zhǎng)。

不過(guò)人眼可識(shí)別的可見(jiàn)光波長(zhǎng)處在390-780nm，而400-1400nm波段內(nèi)激光都可以穿過(guò)玻璃體，聚焦在視網(wǎng)膜上，而不會(huì)被晶狀體和角膜吸收，人眼視網(wǎng)膜溫度上升10℃就會(huì)造成感光細(xì)胞損傷。因此905nm激光雷達(dá)為了避免對(duì)人眼造成傷害，發(fā)射功率需先在在對(duì)人無(wú)害的范圍內(nèi)。

正因如此，905nm激光的探測(cè)距離也會(huì)受到限制。

● 1550nm

相比905nm激光，1550nm激光會(huì)被人眼晶狀體和角膜吸收，不會(huì)對(duì)視網(wǎng)膜產(chǎn)生傷害，因此1550nm激光雷達(dá)可以發(fā)射更大功率，探測(cè)距離也可以做到更遠(yuǎn)。

但是1550nm激光雷達(dá)無(wú)法采用常規(guī)的硅吸收，而需要用到更加昂貴的銦鎵砷（InGaAs）材質(zhì)，因此在價(jià)格上較905nm激光雷達(dá)會(huì)貴出很多。

其他分類(lèi)

除了以上提到的分類(lèi)，根據(jù)測(cè)距原理的不同，激光雷達(dá)還可以分為飛行時(shí)間（dTOF）激光雷達(dá)和相位偏移（iTOF）激光雷達(dá)，飛行時(shí)間（dTOF）激光雷達(dá)采用非連續(xù)的脈沖激光，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差直接算出距離，正式本文開(kāi)頭提到的原理，也是目前車(chē)載激光雷達(dá)最常用的測(cè)距原理。而相位偏移（iTOF）激光雷達(dá)采用的發(fā)射特定頻率的調(diào)制的激光，通過(guò)計(jì)算相位差間接計(jì)算出距離。dTOF理論上其精度不隨距離增加而下降、抗干擾強(qiáng)、功耗較低，但工藝相對(duì)復(fù)雜；iTOF精度偏低、抗干擾性較弱、功耗較大，但工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。

從光源分類(lèi)，常見(jiàn)的激光雷達(dá)包括邊緣發(fā)射激光器、垂直面激光發(fā)射器、光線激光發(fā)生器等等。

另外，機(jī)械式激光雷達(dá)也經(jīng)常提及光源線束，即有多少組發(fā)射和接收器，線束越多形成的點(diǎn)云越密集，探測(cè)精度也越高。不過(guò)，除了一維轉(zhuǎn)鏡，二維轉(zhuǎn)鏡和MEMS微振鏡激光雷達(dá)可以進(jìn)行左右上下掃描，而棱鏡激光雷達(dá)會(huì)在中心區(qū)域重復(fù)多次掃描，廠家一般會(huì)發(fā)布區(qū)域內(nèi)等效線束數(shù)據(jù)，而非發(fā)射和接收器數(shù)量。

此外，根據(jù)激光雷達(dá)四大要素：測(cè)距原理、光束操作方式、光源、探測(cè)器的不同還可以有更多的分類(lèi)依據(jù)，這里就不再一一列舉。

激光雷達(dá)還有更多用處

目前，汽車(chē)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注的是用于自動(dòng)（輔助）駕駛感知硬件的車(chē)載激光雷達(dá)。不過(guò)激光雷達(dá)在汽車(chē)領(lǐng)域的運(yùn)用遠(yuǎn)不止于此。

隨著自動(dòng)駕駛相關(guān)概念的興起，高精度地圖也開(kāi)始越來(lái)越受到關(guān)注和普及，在高精度地圖數(shù)據(jù)的采集過(guò)程中，激光雷達(dá)強(qiáng)大的3D建模能力能夠得到極大的發(fā)揮。

而隨著搭載激光雷達(dá)的量產(chǎn)車(chē)逐漸普及，實(shí)時(shí)上傳的眾包高精度地圖概念也被提出。不過(guò)由于高精度地圖涉及國(guó)家機(jī)密等原因，目前法規(guī)下這一概念尚不能實(shí)現(xiàn)。不過(guò)，在停車(chē)場(chǎng)等非敏感地帶通過(guò)激光雷達(dá)進(jìn)行眾包數(shù)據(jù)采集的路線也正在探索中。

另外，視覺(jué)攝像頭相較雷達(dá)的一大優(yōu)勢(shì)在于包含了顏色信息，不過(guò)激光雷達(dá)采集的數(shù)據(jù)也并非單純只有“一種顏色”。激光雷達(dá)對(duì)于不同反射率的物體有不同的感知，而道路車(chē)道線、交通標(biāo)識(shí)等多采用高反光率的涂層。視覺(jué)目前探測(cè)距離，識(shí)別能力等有諸多限制因素，因此通過(guò)激光雷達(dá)識(shí)別車(chē)道線等也是一種極佳的技術(shù)路線。

而目前尚未大規(guī)模普及的C-V2X技術(shù)中，路側(cè)感知設(shè)備也在積極探索對(duì)激光雷達(dá)的運(yùn)用。

憑借高精度的感知能力，固定在路側(cè)的激光雷達(dá)可以更準(zhǔn)確的捕捉到車(chē)輛視覺(jué)盲區(qū)的行人等潛在障礙，通過(guò)V2X技術(shù)將視野盲區(qū)的潛在風(fēng)險(xiǎn)“告知”車(chē)輛，可以有效的避免“鬼探頭”，有遮擋交叉路口側(cè)翻車(chē)輛等難以主動(dòng)避免的安全隱患。

其實(shí)，路側(cè)的激光雷達(dá)等V2X硬件并非單純的為路上的汽車(chē)服務(wù)，還可以在安防、智慧城市等更多領(lǐng)域發(fā)揮作用。而激光雷達(dá)也不止在交通領(lǐng)域發(fā)力，前不久發(fā)布的iPhone12 Pro也配備了激光雷達(dá)，在VR游戲，室內(nèi)建模等更多的領(lǐng)域有著很大的潛力。

隨著激光雷達(dá)在自動(dòng)（輔助）駕駛汽車(chē)上越來(lái)越多的被搭載，激光雷達(dá)也從測(cè)繪這樣的小眾市場(chǎng)進(jìn)入了大眾消費(fèi)市場(chǎng)，產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟，開(kāi)始出現(xiàn)在了更多的領(lǐng)域，未來(lái)將有望出現(xiàn)在我們生活的更多場(chǎng)景中，也可以發(fā)揮出更大的作用。（文：太平洋汽車(chē)網(wǎng) 郭睿）

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