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无人驾驶必备的激光雷达

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一,什么是激光雷达?

激光雷达是一种用于获取精确位置信息的传感器,犹如人类的眼睛,可以确定物体的位置、大小等,由发射系统、接收系统及信息处理三部分组成。

其工作原理是向目标探测物发送探测信号(激光束),然后将目标发射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,进行适当处理后,便可获取目标的相关信息,例如,目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对目标进行探测、跟踪和识别。

激光雷达优点

激光雷达由发射系统、接收系统、信息处理三部分组成:激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去,光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲,最后经过一系列算法来得出目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,可以探测、识别、分辨和跟踪目标。

1.解析度高,测距精度高,小于2公分、角度分辨率约0.09度,如此高的解析度可完整绘出物体轮廓,外加垂直侦测角度中,平均每0.4度即有一个扫描层、全周资料更新率15赫兹(Hz),车辆周围环境将无所遁形。

2.抗有源干扰能力强,激光雷达的脉冲光束发射器之口径非常小,即接收器可接收脉冲光束的区域亦非常狭窄,因此,受到其他红外线雷达光束干扰的机会就非常小。此外,脉冲光束实质上属红外线波,不会受电磁波影响,因此,在一般应用环境中能干扰激光扫描仪的信号源不多,适用于高度自动化的系统。

3.探测性能好,对于激光扫描仪,仅有被脉冲光束照射的目标才会产生反射,且红外线波并不像电磁波会受回波干扰等问题,对于环境的几何形状、障碍物材质等,均不影响激光扫描仪的侦测结果。以系统设计角度而言,因信号具高稳定性激光扫描仪的信号可信度十分高。

4.不受光线影响,激光扫描仪可全天候进行侦测任务,且其侦测效果不因白天或黑夜而有所影响,这也是目前无人驾驶车中许多采用的摄像头感测器所达不到的功能。

5.测速范围大,激光扫描仪可成功扫描出障碍物的相对速度高达每小时200公里之轮廓,也就是说,对于车系统,激光扫描仪并不局限在市区或低速应用情境,高速移动下的情境亦可被应用,此对车辆增加移动速度后之安全系统设计有显著的帮助,系统应用上更具有弹性。

激光雷达缺点

1.红外线波受天候和大气的影响,在一般晴朗或良好气候条件中的光衰较小,传播距离和理想值接近;若在大雨、下雪、浓雾等非晴朗气候条件下,红外线波的侦测能力会大幅衰減,感测距离亦受影响。

2.价格高,Velodyne 64线 激光雷达的供应价格高达8万美元,已开发出了相对便宜的32线和16线激光雷达的价格也分别3万美元与8000美元,若要普及应用,价格是一大障碍。

3.庞大信息流,64线 3D激光雷达每秒产生一百三十万笔侦测资料,解析度较低的32线激光雷达每秒产生七十万笔侦测资料,如此快速且大量的资料是嵌入式系统难以负荷起的工作,需要专业处理器才能完整处理。

二,激光雷达在机器人领域的应用

如果让机器人识别物体、行走、避障等,那首先需要为机器人提供激光雷达技术,帮助机器人进行地图绘制、确定自身定位及感知周边环境,以及对周边的物体进行定位。拿扫地机器人举例,扫地机器人是目前激光雷达应用最广泛的领域,激光雷达配合SLAM算法,可以让扫地机器人在房间里实现智能清扫,清扫的过程中进行地图绘制,实现传输到手机中,就算用户不在家,也可通过手机查看清扫情况,以及安排其他地方清扫。

知名激光雷达企业

从上图中,我们可以了解到,在机器人领域,我国从事激光雷达的企业有思岚科技、速腾聚创、禾赛科技等多家知名企业,基本以研发固态激光雷达为主,而思岚科技是最早一批做激光雷达的厂商,已占据70%以上的市场份额,在激光雷达的研发上,思岚科技不仅做了技术的升级,还努力实现成本的降低,在一定程度上解决导航定位模块使用成本的问题,扩大应用层面。目前最新一代RPLIDAR A3激光雷达能够实现25米半径的测距,而测量频率能够做到16K/S,并且室内外均可使用。

在帮助机器人智能行走的路途中,激光雷达发挥了重要作用。除了机器人领域,激光雷达还广泛应用于无人驾驶、AR/VR、3D打印等多个行业。

激光雷达能否大规模运用在无人驾驶汽车,主要取决于成本和效果。如果低成本的激光雷达方案能达到汽车业界期望的效果,将极大地推动无人驾驶汽车上市进度,激光雷达渗透率会直线上升。

三,无人驾驶必备激光雷达

激光雷达,毫米波雷达和摄像头是无人驾驶的三大关键传感器技术。在特斯拉几起安全事故之后,人们认识到了毫米波雷达和单目摄像头在识别物体时存在天然短板,为了获得车辆周围环境全貌信息,Google、Audi和百度等公司研发的无人驾驶汽车基本都采用了激光雷达。

激光雷达在无人驾驶的两个核心作用:

1.3D建模进行环境感知。通过激光扫描可以得到汽车周围环境的3D模型,运用相关算法比对上一帧和下一帧环境的变化可以较为容易的探测出周围的车辆和行人。

2.SLAM加强定位。激光雷达另一大特性是同步建图(SLAM),实时得到的全局地图,通过与高精度地图中特征物的比对,可以实现导航及加强车辆的定位精度。

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