撰文 / 朱 琳
編輯 / 錢(qián)亞光
設(shè)計(jì) / 師瑜超
來(lái)源 / Forbes，作者：Sabbir Rangwala


激光雷達(dá)之戰(zhàn)正在升溫。這并不奇怪，因?yàn)樵谶^(guò)去6個(gè)月里有6家公司上市，通過(guò)SPAC（特殊目的收購(gòu)公司）合并成為激光雷達(dá)界的獨(dú)角獸。

數(shù)十億美元的估值，報(bào)告季度虧損的壓力，以及提高股價(jià)的需要，基本上導(dǎo)致了一場(chǎng)激光雷達(dá)的探測(cè)范圍之戰(zhàn)。具體來(lái)說(shuō)，指的是激光雷達(dá)能“看到”和識(shí)別多遠(yuǎn)的汽車(chē)、行人、動(dòng)物、障礙區(qū)、道路碎片等。

出于人眼安全的考慮限制了8XX-9XX納米的激光雷達(dá)，使之比14XX-15XX納米激光雷達(dá)的范圍更小。后者可以使用更高的激光功率，因?yàn)槿祟?lèi)的角膜會(huì)吸收這個(gè)波長(zhǎng)的光，從而限制對(duì)視網(wǎng)膜的損傷。

更高的波長(zhǎng)是昂貴的（相對(duì)于8XX-9XX納米的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是2-3倍）。以這些波長(zhǎng)操作的公司需要證明更高成本的激光雷達(dá)是合理的，而測(cè)距性能似乎是目前的一個(gè)重要論據(jù)。

普林斯頓光波公司和Luminar公司率先宣布并展示了他們的15XX納米激光雷達(dá)，對(duì)于汽車(chē)的探測(cè)范圍在200-300米。

Luminar公司生產(chǎn)的激光雷達(dá)▼


Aeva最近宣布，他們的15XX納米調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）激光雷達(dá)可以在500米處探測(cè)汽車(chē)，在350米處探測(cè)行人。在此之前，Aeye宣傳說(shuō)探測(cè)汽車(chē)的范圍是1000米。

Argo也不甘示弱，最近宣布其在>1400納米波長(zhǎng)下工作的蓋革模式激光雷達(dá)的探測(cè)范圍為400米（Argo在2017年收購(gòu)了普林斯頓光波公司）。

Argo聲稱(chēng)，其激光雷達(dá)可以在夜間檢測(cè)到反射率為1%的汽車(chē)（夜間的說(shuō)法具有迷惑性，因?yàn)閷?duì)于蓋革模式來(lái)說(shuō)，更具挑戰(zhàn)性的情況是在明亮的陽(yáng)光下）。目前還不清楚在明亮的陽(yáng)光下，1%反射率的物體是否可以達(dá)到400米的范圍（這將是相當(dāng)具有突破性的！），以及在這些條件下，除了檢測(cè)之外，物體識(shí)別是否也可以實(shí)現(xiàn)。

激光雷達(dá)傳感器使用激光脈沖來(lái)渲染汽車(chē)周?chē)h(huán)境的精確圖像▼


激光雷達(dá)的探測(cè)距離對(duì)L4自動(dòng)駕駛汽車(chē)很重要，但規(guī)格方面存在細(xì)微差別。對(duì)于安全至關(guān)重要的障礙物規(guī)避，自動(dòng)駕駛汽車(chē)感知引擎需要在足夠的時(shí)間內(nèi)識(shí)別道路危險(xiǎn)，以便進(jìn)行安全操作，如剎車(chē)以避開(kāi)輪胎碎片。

重要的是特定物體反射率的范圍（10%似乎是一個(gè)合理的標(biāo)準(zhǔn)）和危險(xiǎn)識(shí)別的高置信水平（> 99%，否則，誤報(bào)率將非常高，導(dǎo)致不斷剎車(chē)，導(dǎo)致乘客不適和投訴）。

值得注意的是，檢測(cè)（“那里有東西，但我們不知道它是什么”）和識(shí)別（“那里是一輛拋錨的汽車(chē)或一個(gè)行人”）之間是有區(qū)別的。人們常常給出的是與檢測(cè)相關(guān)的范圍數(shù)字，這通常是不可行的。識(shí)別是一個(gè)更困難的問(wèn)題，它依賴(lài)于分辨率和實(shí)時(shí)圖像處理的準(zhǔn)確性。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)?yán)脗鞲衅?、感知引擎和人工智能?lái)實(shí)施五種基本控制動(dòng)作：剎車(chē)、轉(zhuǎn)向、加速、減速或停車(chē)。到目前為止，最關(guān)鍵的、對(duì)時(shí)間/安全敏感的動(dòng)作是在出現(xiàn)障礙時(shí)剎車(chē)。

剎車(chē)距離（將速度降至零所需的距離）是初始車(chē)速和安全/舒適的減速（通常為0.3g或約3m/s²）的函數(shù)。所需的感知范圍是車(chē)輛速度和延遲時(shí)間的函數(shù)。

延遲時(shí)間是指獲取原始傳感器數(shù)據(jù)和應(yīng)用安全動(dòng)作（在本例中是剎車(chē)）之間的時(shí)間間隔，因?yàn)樵诖似陂g車(chē)輛仍在繼續(xù)移動(dòng)，因此延遲時(shí)間會(huì)影響所需的感知范圍。較高的延遲時(shí)間要求較低的車(chē)速或較高的范圍。圖1顯示了這三個(gè)量之間的關(guān)系。

圖1：避障所需感知范圍（0.3g制動(dòng)）▼


多大的范圍是足夠的，承諾更高的范圍有什么影響？在不久的將來(lái)（5-10年），L4車(chē)輛在高速公路上的運(yùn)行速度不可能超過(guò)96-112公里/時(shí)。在這些速度下，大約200-250米的范圍似乎是足夠的。

重型卡車(chē)在制動(dòng)時(shí)需要更低的減速水平、更高的范圍。然而，較低的速度（88-96公里/時(shí)）確保200-250米的范圍是足夠的。

天氣是另一個(gè)需要考慮的因素——惡劣天氣下的減速水平較低，但車(chē)輛速度也較低，這使得200-250米的范圍成為一個(gè)合理的操作目標(biāo)。

獲得更高的目標(biāo)識(shí)別范圍是昂貴的，因?yàn)樾枰母嗟募す饫走_(dá)資源（激光功率、更靈敏的探測(cè)、更高的功耗等）。

有一些爭(zhēng)論是關(guān)于提高極限的，比如增加安全邊際和特定的用例（例如，糟糕的道路、惡劣的天氣等）。但是使用這個(gè)性能指標(biāo)的缺點(diǎn)是，在對(duì)象分辨率等其他參數(shù)方面有所妥協(xié)，如圖2所示。

圖2：隨著范圍的增加，目標(biāo)分辨率下降▼


對(duì)象分辨率決定了識(shí)別的置信度，這對(duì)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的感知和控制行動(dòng)至關(guān)重要。檢測(cè)和識(shí)別輪胎碎片或一塊磚頭（通常為15厘米）通常需要8厘米的分辨率（至少需要2個(gè)像素來(lái)識(shí)別，3個(gè)像素則是理想的）。

將范圍從200米翻倍到400米，需要將角分辨率從0.5 mrad提高到0.25 mrad，使原始數(shù)據(jù)量和計(jì)算帶寬增加2倍。這導(dǎo)致了更高的光學(xué)和計(jì)算成本。它還會(huì)增加了延遲時(shí)間，需要更高的感知范圍或降低車(chē)速（見(jiàn)圖1）。希望圖3能更清楚地闡述這種循環(huán)性。

圖3：范圍-分辨率-速率難題：1）高速和延遲需要更高的范圍，2）需要更高的分辨率，3）更高的分辨率導(dǎo)致更高的數(shù)據(jù)速率以及，4）較低的幀速率，從而產(chǎn)生，5）更高的延遲和，6）更低的速度▼

承諾越來(lái)越高的探測(cè)范圍并不是卓越激光雷達(dá)的秘訣。需要考慮使用情況和相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)規(guī)格，如分辨率、幀率和延遲。

必須澄清的是實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)范圍的確切條件和定義（反射率、置信度、延遲、照明條件、角分辨率等），并且需要明確說(shuō)明在這個(gè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的感知功能（檢測(cè)、識(shí)別、鑒別）。

隨著激光雷達(dá)成為關(guān)鍵的安全傳感器，它們需要在普遍接受的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格方面成熟起來(lái)。