关于LiDAR技术的11个错误认知

LiDAR(光检测和测距)是助力自动驾驶汽车落地应用的重要解决方案之一,它利用激光来计算自身与其他物体之间的距离,但目前大众对于激光雷达的认知并不太多,甚至不准确。

  LiDAR(光检测和测距)是助力自动驾驶汽车落地应用的重要解决方案之一,它利用激光来计算自身与其他物体之间的距离,但目前大众对于激光雷达的认知并不太多,甚至不准确,下面将会深入科普LiDAR,更正关于激光雷达的错误认知。

  1. LiDAR是一种非常高科技的解决方案。

  LiDAR是在脉冲激光发明之后不久发明的,该技术在1960年代初释放了重复的光脉冲而不是连续波。LiDAR的原理实际上非常简单。就像蝙蝠在回声定位期间使用声波来记录声波从物体反射回来以测量距离一样,LiDAR也利用激光发出的光波来执行此功能。LiDAR发送脉冲并测量从物体反射回来所需的时间。由于光速是恒定的,因此可以通过测量光束返回所需的时间来轻松计算距离。在过去的半个世纪中,这一基本工作原理没有改变。因此,在开发LiDAR技术时,工作原理仍然非常简单。

  2. LiDAR昂贵。

  尽管这在很长一段时间内都是正确的,主要是由于激光源价格昂贵,但激光二极管的发明大大降低了LiDAR的成本。如今,可见光脉冲激光二极管的价格不到1美元,占建造LiDAR的总成本的很小一部分。成像LiDAR可以测量多个点,而构建这些系统的高昂成本通常与制造方法有关。通过采用创新的方法制造这些系统,例如  Cepton的 Micron Motion Technology(MMT)平台,可以以不超过几百美元的成本制造成像LiDAR.

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  Cepton的汽车LiDAR点云360度环绕视图。

  3.固态LiDAR是最好的方法,因为它没有活动部件。

  没有活动部件的固态LiDAR仅能提高LiDAR系统结构的可靠性。这是因为固态LiDAR结构没有因旋转或摩擦部件而引起的磨损。但是,此优点意味着必须牺牲一些性能,包括缩小测量范围,缩小视场以及对诸如日光的环境光源更敏感。此外,与制造固态LiDAR相关的高昂成本使其无法在不久的将来大规模部署到消费市场。

  4. Flash LiDAR是用于成像的最佳LiDAR.

  NASA将Flash LiDAR用于其空间站对接操作,因为它可以实现高分辨率和长距离成像,以查看太空中的各个距离。不幸的是,该系统对于集成到自动驾驶车队中来说过于昂贵,由于与用于1550 nm波长的组件相关的高昂成本,其每套成本可能超过一百万美元。它也是非常耗电的,消耗高达100 kW的功率。尽管闪光灯LiDAR的成像性能是市场上最好的,但没有日常汽车可以采用如此昂贵的系统。

  5. LiDAR必须运行红外波长。

  LiDAR可以在任何波长下运行,只要能够产生短脉冲即可。实际上,许多调查LiDAR系统都与可见的绿色激光一起工作。对于汽车应用而言,任何可见激光都会对附近的交通造成极大的干扰。结果,通常选择红外波长,因为人眼不可见。

  6. LiDAR对于人眼来说并不安全。

  眼睛安全是不仅取决于激光波长的多种因素的复杂组合。LiDAR的安全等级取决于功率,发散角,脉冲持续时间,曝光方向以及波长。在这种情况下,1550 nm激光器可以安全地发射比905 nm激光器更大的功率,然后变得对眼睛安全。同时,由于905 nm激光器具有更高的成本效益,因此更受欢迎。为了帮助确保这些905 nm激光器的眼睛安全,工程师们设计了灵敏的光学检测器,这些检测器不需要使用大功率激光器。

  7. LiDAR不能在恶劣的天气条件下工作。

  LiDAR就像相机一样是一种光学设备,因此如果雾气浓到足以阻挡所有光的传输,LiDAR的效率可能会降低。但是,LiDAR仍将在典型路况下提供有价值的数据。未来的自动驾驶汽车将集成摄像头,雷达系统和LiDAR,以平衡每种解决方案的优点和缺点(没有一个系统是完美的),以在各种不同的天气条件下确保乘客安全。

  8. LiDAR仅可用于汽车。

  在汽车应用中使用激光雷达是一个相对较新的趋势。激光雷达首次发明时,最着名的是用来测量地球与月球之间的距离。它也经常用于测量天气系统。如今,LiDAR可用于任何需要物体距离信息的应用。

  除了自动驾驶汽车外,LiDAR还非常适合众多运输解决方案,包括火车,班车和卡车。LiDAR还与无人驾驶飞机(UAV)一起用于多种应用,例如绘制受灾地区的地图和调查农业领域。最重要的是,机器人和其他类型的智能机器正在将LiDAR用于一系列工业应用。随着LiDAR成本的持续下降,预计LiDAR将被集成到更广泛的机器中,例如将LiDAR放置在十字路口以监控交通,保护财产的安全系统以及许多其他应用。

  9.未来十年,激光雷达将不会被整合到车辆中。

  无人驾驶汽车的承诺不仅仅是吹牛。全球各地都在进行试点计划,以测试自动驾驶汽车,班车和其他解决方案,以提高运输安全性。在接下来的几年中,我们将看到LiDAR集成到具有3级主动安全功能的汽车中,这些功能将提供一系列好处,例如在加速,转向和制动方面的帮助。然后,我们将看到LiDAR已集成到4级功能中,这些功能为汽车提供了更多的自主功能。全自动驾驶汽车(第5级)何时成为主流的时机取决于技术本身以外的许多因素,包括政府法规和当地基础设施。

  10.激光雷达可以完全由摄像头,雷达或两者的结合代替。

  LiDAR的最重要特征是在测量3D对象时具有很高的空间分辨率。雷达非常适合确定其他物体的移动速度,可以检测前方的停车车辆,但无法确定停车的车辆或其他物体是在驾驶员车道上还是在肩膀上。当环境光线不足时,相机变得毫无用处。在天黑的时候,摄像机只能看到大灯,这很危险。另外,当潮湿的道路产生眩光时,相机很难导航。因此,LiDAR与摄像头和雷达的结合对于确保自动驾驶汽车的安全至关重要。

  11. FMCW LiDAR优于ToF LiDAR.

  调频连续波(FMCW)LiDAR可以测量光波的相位差,而不是其飞行时间(ToF)。因此,它具有更高的测量精度(从毫米到微米)。如此高的精度对于测量应用非常重要,而对于仅需要厘米级精度的汽车进行障碍物检测则不需要。FMCW LiDAR的额外复杂性和相关成本使其即使在4至5级汽车应用中也缺乏吸引力。

  显然,LiDAR技术将通过使其更安全来在重塑交通方面发挥关键作用。它还将提高许多其他行业的效率,包括工业自动化和制图。

  作者简介:Jun Pei,Cepton Technologies Inc.的首席执行官兼联合创始人。

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枭枭

集成电路设计行业资深记者,传感器专家网专栏编辑。