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(华为)激光雷达参数详解

2020-12-14 综合报道 阅读:
新势力造车在近两年得到飞速发展,国内的蔚来、理想、小鹏等都在资本市场上融到了大量的资金,早期的新势力汽车是从新能源电动车入手,因为自动驾驶门槛较高,但是随着技术的发展和客户潮流的需要,自动驾驶不得不提上日程,尽管特斯拉的马斯克对激光雷达不屑一顾,但是还是有除特斯拉以外的大部分厂商都在使用激光雷达,而且是作为主要的传感器。因此,激光雷达是自动驾驶中绕不过去的坎,本文对激光雷达的参数进行详细解读。

新势力造车在近两年得到飞速发展,国内的蔚来、理想、小鹏等都在资本市场上融到了大量的资金,早期的新势力汽车是从新能源电动车入手,因为自动驾驶门槛较高,但是随着技术的发展和客户潮流的需要,自动驾驶不得不提上日程,尽管特斯拉的马斯克对激光雷达不屑一顾,但是还是有除特斯拉以外的大部分厂商都在使用激光雷达,而且是作为主要的传感器。因此,激光雷达是自动驾驶中绕不过去的坎,本文对激光雷达的参数进行详细解读。n8jednc

激光雷达在自动驾驶中的作用,主要是3D/4D环境感知,探测车辆行驶过程中的路况和障碍物,把数据和信号传递给自动驾驶的大脑,再做出相应的驾驶动作。激光雷达可以说是自动驾驶中无形的眼睛,一辆车上大大小小的激光雷达可能数个或者数十个。n8jednc

激光雷达参数详解

激光雷达参数很多:激光的波长、探测距离、FOV(垂直+水平)、测距精度、角分辨率、出点数、线束、安全等级、输出参数、IP防护等级、功率、供电电压、激光发射方式(机械/固态)、使用寿命等。n8jednc

和用户直观感受很大的包括六大参数: 探测距离、测距精度、线束、FOV(垂直+水平)、角分辨率、出点数n8jednc

下图就是华为激光雷达的几个参数:探测距离220米,水平FOV 140°,垂直角分辨率小于0.1°。如果您对激光雷达不了解,看着肯定会晕。n8jednc

激光雷达即将迎来大爆发,你看得懂它么?科普激光雷达指标参数n8jednc

华为激光雷达n8jednc

接下来我们就对和用户直观感受相关的参数逐一说明:n8jednc

1、探测距离n8jednc

探测距离很好理解,就是激光雷达能够探测的范围,或者说半径。n8jednc

激光雷达的测距能力与被测物体的反射率相关。反射率就是射到目标物的激光能够被反射回来的比率。n8jednc

目标反射率越高,雷达能够检测到的有效回波就越多,所以能测量的距离越远。n8jednc

所以探测距离一般和反射率一起出现,比如150米@10%,就是指在目标反射率为10%的情况下探测距离为150米。n8jednc

说探测距离不说反射率就是耍流氓!当然上图中华为的参数没有反射率,估计写胶片的时候该产品还没最终定型。n8jednc

2、探测精度n8jednc

探测精度是指探测距离的精确度,一般以厘米计,探测精度越高,3D景深刻画的越准。n8jednc

3、线束n8jednc

激光雷达分为单线束和多线束。n8jednc

单线束激光雷达只有一个激光发射器,随着雷达转动形成一条水平扫描线,所以只能检测前方有没有障碍物。n8jednc

多线激光雷达在垂直方向有多个激光发射器,随着雷达转动形成多条水平扫描线,这样就能够扫描一个平面。n8jednc

如下图所示:n8jednc

激光雷达即将迎来大爆发,你看得懂它么?科普激光雷达指标参数n8jednc

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举个例子,单线束就像我们用一个手指头去触摸物体,而多线束就像我们用整个手掌甚至是双手触摸物体。n8jednc

显然,线束越多,对目标物的刻画越详细,当然价格也就越贵。n8jednc

4、FOV(水平 垂直)n8jednc

这是探测视野,包括水平和垂直两个方向,就像是我们打开手电筒照一面墙,光能覆盖的范围一样。n8jednc

机械式激光雷达能够360°旋转,所以水平FOV是360°。固态激光雷达的水平FOV会小一些,比如华为这款120°已经算是大视角了。水平FOV越大,能够探测的范围越广。n8jednc

垂直FOV只对多线束激光雷达有用。是指最上面一束激光和最下面一束激光形成的夹角。n8jednc

激光雷达即将迎来大爆发,你看得懂它么?科普激光雷达指标参数n8jednc

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垂直FOV的视野一般偏向地下一些,比如水平为0°,那么向上15°,向下25°,这样垂直FOV就是40°,如下图所示。这样的好处是能够让车辆更多的探测到地面车辆和行人。n8jednc

激光雷达即将迎来大爆发,你看得懂它么?科普激光雷达指标参数n8jednc

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5、角分辨率n8jednc

角分辨率和FOV一样,也分为水平和垂直两个方向。n8jednc

水平分辨率是指左右两个扫描的激光点形成的夹角;由于激光雷达旋转,而激光发射器是脉冲,所以射到目标物上面的是一个一个点。n8jednc

激光脉冲是固定频率的,所以水平方向的分辨率只和雷达旋转速度有关,只要速度足够慢,分辨率就可以很高,现在做到0.01°也是很正常。但是扫描速度慢也会影响信息采集的速率。所以水平分辨率要和确定的扫描速度对应,扫描速度一般用频率来表示,即1秒扫描来回扫描多少次。n8jednc

垂直分辨率是指上下两个线束形成的激光点的夹角。线束在垂直方向上不是均匀分布的,而是中间密集,上下稀疏,如下图所示。这也很好理解,因为中间更有可能探测到行人或者是障碍物。n8jednc

激光雷达即将迎来大爆发,你看得懂它么?科普激光雷达指标参数n8jednc

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一般厂家宣称的垂直分辨率,显然是最密集那部分的分辨率。比如64线的产品,垂直FOV 40°,如果线束均匀分布,那么垂直分辨率是0.625°。可实际上厂家都是按密集那部分算,宣称垂直分辨率0.2°。华为胶片上面的垂直分辨率0.1,也是指最密集那部分。n8jednc

6、出点数n8jednc

也叫周期采集点数,举个例子,一个64线的激光雷达,水平FOV是120°,水平分辨率在10Hz的扫描频率下是0.2°。n8jednc

我们可以知道,激光一次打出64个点,扫描一次120°能打出64x120/0.2=38400,1秒扫描10次,一共有384000 pts/s。n8jednc

显然,出点数越多,扫描的效果越好,这就和机枪扫射是一样的道理。n8jednc

总结

掌握了上面这6个核心参数,也就掌握了激光雷达的精髓。n8jednc

再举个例子整体解释一下,拿一个学生的学习来做比较:n8jednc

  • 探测距离就是学习的深度,学的越深,掌握的知识越好;
  • 探测精度就是学习的好坏,学到越好,将来考试成绩越好;
  • 线束就是能同时学习几个学科,语文数学物理化学历史地理啥都行就是线束多;
  • FOV视角就是学习的广度,学的越广,知识越丰富;
  • 角分辨率就是学习的精细度,学习的越细,考试遗漏的越少;
  • 出点数就是学习的结果,点数越多,考试成绩越好。
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