傻子用激光雷达！就像人身上长了一堆阑尾一样无用！

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一天，钢铁侠马斯克说了这样一句话：

当他公开说这句话时，我们所知道的自动驾驶领域分为视觉摄像头和激光雷达。当然，更不用说马斯克的激光雷达是否准确了，但激光雷达确实已经成为各汽车公司发展的焦点。最近的2021年广州车展就是一个很好的例子，有很多Anpec代理激光雷达组装在一些新车上。因此，激光雷达似乎已成为主要汽车公司实现高级自动驾驶的重要组成部分。那么，它真的像马斯克说的那样无用吗？

激光雷达初识

英语激光雷达Lidar（Light Detection and Ranging），它是一种以激光为载体进行测距和探测的传感器。它也是一种雷达，但与我们常见的毫米波雷达和超声波雷达不同，激光雷达使用激光束进行探测。

早在激光雷达推出之前，主流汽车公司就采用了以毫米波雷达和摄像头为核心的感知机构。首先，毫米波雷达是一种雷达传感器，利用天线发射毫米波作为放射波，通过处理目标反射信号获取汽车与其他物体的相对距离、相对速度、角度和运动方向。然而，毫米波雷达只能简单地获得前面是否有障碍物，但不能准确识别障碍物的类别，这将导致幽灵制动现象。

一般来说，由于系统算法的问题，传统的毫米波雷达会自动过滤掉静态物体，但不同的硬件和系统方案有不同程度的过滤，这也是幽灵制动的来源。例如，过滤不危险的障碍物太少，当道路上的一些金属碎片反射时，会出现类似的紧急制动，因此道路标志、高速摄像头龙门架、两侧护栏，甚至道路上的金属瓶等，可以反射回波物体将被毫米波雷达识别为障碍物，因此在车辆自动驾驶时，系统自动减速、误刹车。

作为辅助驾驶的必要传感器之一，车载摄像头可以感知车辆周围的情况，实现前碰撞预警、车道偏差预警、行人检测、自动停车等自动驾驶功能，提高驾驶安全性。此外，由于其设置位置不同，车载摄像头还具有一定的需求特性和应用场景，是一种非常系统的存在。其中，环视和后视一般采用135度以上的广角镜头，探测距离在10米以内。前置摄像头对视距要求较大，视角范围一般为40-70度，视距要求一般在120米以上，双目摄像头视距一般小于单目摄像头。

西奥多·梅曼

由于激光具有很强的方向性，并结合了光的垂直物理特性，因此最好作为测距工具。1967年7月，美国人第一次载人登月，并在月球上安装了一个发射器来计算地球和月球之间的距离。

事实上，激光雷达的原理也与之相似，可以看作是用多个激光测距仪工作，再比如：

作为非专业小白，面对市场上琳琅满目的激光雷达产品，我们应该如何认识其性能？一般来说，激光雷达有很多参数，包括激光波长和探测距离FOV(垂直 测距精度、角分辨率、出点、线束、安全等级、输出参数、IP保护等级、功率、电源电压、激光发射(机械/固态)、使用寿命等。

但作为我们，只要专注于思考。他们是什么？让我们一个一个地说。

激光波长

波长是指波在振动周期内传播的距离。激光波长越大，绕射能力越强，远处不规则物体的识别越清晰。市场上的激光雷达波长分为905nm和1550 nm两种。波长为905nm以硅基光电探测器为发射源，具有成本低、技术成熟的优点。但它也有缺点，即905nm激光源对人眼有一定的伤害。虽然它是一个看不见的光源，但在一定的能量下，当波长的激光照射到人类的眼睛时，它会灼伤视网膜。因此，用作激光雷达发射源时，应降低功率。因此，它的抗天气干扰能力较弱，对雨雾的渗透性不足。

虽然两者都是根据光的传播来确定目标的距离，但三角形雷达只有在近距离时才具有最高的精度。如果探测远距离目标，目标图像越远CCD当测量值超过一定距离时，传感器上的位置差和角度也越来越小，CCD很难区分，所以不适合远距离测量。而TOF脉冲激光采样依赖于飞行时间，时间精度不会随着长度的增加而变化TOF能严格控制视场，减少环境光的影响。与三角测距法相比，TOF在长距离范围内，雷达可以测量更远的距离并保持更高的精度。

激光线束

当我们去了解激光雷达时，我们经常听到的最多的参数是这个激光雷达有多少线束，那么多少线束与它有什么关系呢？

一般来说，激光雷达分为单线和多线，多线可继续细分为4线、8线、16线、32线、64线和128线。事实上，这里的线束是指激光雷达发出的激光信号，而单线激光雷达只能进行平行扫描探索，而不是垂直扫描探索。因此，虽然它在扫描速度和分离率方面表现良好，但由于无法测量物体的高度，它在使用上有很大的局限性，因此只能用于伺服机器人，即扫地机器人。

角分辨率

激光雷达输出的图像也被称为点云图像，相邻两点之间的夹角是角分辨率。一般来说，角分辨率分为垂直分辨率和水平分辨率两种。其中，水平分辨率高并不难，因为水平分辨率是由电机驱动的，所以水平分辨率可以很高。一般可达0.01度。垂直分辨率与发射器的几何大小和排列有关，即相邻两个发射器之间的间隔越小，垂直分辨率越小，垂直分辨率为0.1~1度级。此外，由于激光雷达的采样率是一定的，帧率越高，角分辨率越低；帧率越低，角分辨率越高。

例如，激光雷达的最小角分辨率0.08°帧率10对应Hz当帧率设置为20时Hz当角分辨率自动变为0时.16°。采样率表示激光雷达每秒有效采集的次数，可直观理解为一秒内产生的点云数。角分辨率和帧率可以计算采样率：角分辨率0.08°每帧点云数：360°/0.08°=4500；每秒10帧，每秒点云数：4500×10=45000；所以PAVO的采样率为45kHz。

出点数

这很容易理解。它是激光雷达每秒发射的激光点。激光雷达的点数一般从几万到几十万不等。例如，性能为64线，水平FOV是120°，水平分辨率为10Hz扫描频率为0.2°在这种情况下，它的转换等于:激光可以单次打64点，扫描120点°能打出64x120/0.2=38400，1秒扫描10次，共38400 pts/s。所以点越多，扫描效果越好。

除上述几点外，激光雷达还应注意对深色物体的检出率和对环境光抗的干扰。

深色物体检出率

在我们生活的世界里，一切都是丰富多彩的，但深色会吸收大部分光能（如：黑色自制太阳能热水器），所以激光雷达激光信号在白色物体和深色物体检出率非常不同，现在大多数物体主要是深色，所以激光雷达对深色物体的检出率非常重要。

目前，市场上销售的激光雷达以90%反射率的白纸（漫反射对象）作为测试参考基准，但有效检测深色数据也是一个重要的性能指标。至少在正常情况下，一称超过10米的激光雷达可以有效检测至少6米的深色物体。

环境光抗干扰能力

环境光除了检测深色物体外，还会影响激光雷达的检测，包括阳光或室内照明，会影响雷达传感器，产生噪声，也会导致雷达的有效测量距离变短或完全无法测量距离。因此，能否区分环境光对激光雷达的调整、系统和算法有很高的要求。

探索激光雷达的类别

以上只是激光雷达的工作方式。根据不同的扫描方法，可分为旋转机械激光雷达、混合半固态雷达和全固态雷达。

机械激光雷达

机械激光雷达一般采用360度旋转扫描法，可物理旋转周围环境3D扫描形成全面覆盖形成点云。

然而，它也有缺点。首先，高频旋转和复杂的机械结构使其平均故障时间仅为1000-3000小时，难以满足汽车级设备最低1.3万小时的要求。此外，机械激光雷达的放置位置应放置在车辆的最高点，因此不仅占地面积过高，而且也需要加固和改造，这影响了车辆的重心安全。此外，限制它最重要的是昂贵！八万起，一定是美刀。

纯激光雷达

与上述机械结构雷达相比，由于没有复杂的旋转机构，纯固态激光雷达大大提高了产品的耐久性，并有效地压缩了整个设备的体积。市场上常见的固态雷达分为OPA光学相控阵和Flash闪光两种。

OPA（Optical Phased Array）激光雷达，光学相控阵

在提到这种形式的激光雷达之前，我们先来看看什么是相阵控。

我们生活中最常见的例子是水波。例如，在一个方形的池中，两个由振动引起的两个水波会在交汇处相互叠加。如果两列波在某些方向相互增强，而另一些是抵消，则可以很容易地控制水波的方向。

因此，如果基于这一现象，将使用多个光源组成阵列，通过控制每个光源发射的时差，可以合成灵活、精确、可控的主光束，这是相控阵列的原理。实际上，使用这一原理的设备是军事上常用的相阵控雷达。通过控制相控阵雷达平面阵列各阵元的电流相位，可以干扰不同位置的波源，从而指向特定方向。扫描效果可以通过往复控制相位差来实现。

美国常见的军用相阵控雷达，如阿利·在伯克级驱逐舰上AN/SPY-1D宙斯盾相阵控雷达和中国052C346海星相阵控雷达配置在导弹驱逐舰上。

“阿利·在伯克级驱逐舰上AN/SPY-1D宙斯盾相阵控雷达

但棱镜激光雷达最大的缺点是FOV(视角)小，需要搭配多个棱镜激光雷达覆盖视场补盲。

激光雷达在其他领域

激光雷达除了测距功能外，还开发了激光跟踪、激光速度测量、激光扫描成像等技术，广泛应用于我们生活的周边设施。

例如，我们在3中很常见D激光雷达主要用于测量和监控打印物，以减少生产误差。在我们居住的城市，激光雷达将用于速度测量，其探测距离比传统速度测量雷达更远、更准确。

激光雷达主要用于渔业资源调查和海洋生态环境监测。其中，工业资源调查采用蓝绿色脉冲光作为刺激光源。通过识别和提取激光回波信号，可以识别鱼的分布区域和密度信息，并结合偏振特分析。海洋激光荧光雷达常用于海洋生态环境监测，通过探测和分析激光诱导目标发射的荧光等光谱信号，获得海洋浮游生物和叶绿素的种类和浓度分布信息。

此外，激光雷达还可广泛应用于危险预报、医学扫描、军事检测等领域。