马斯克说:“傻子才用激光雷达!”,难道激光雷达真的不重要?

自动驾驶车辆用于感知环境的传感器主要有毫米波雷达、摄像头、激光雷达、超声波雷达等,当然,还有一个算不上传感器的组件,那就是高精地图

下面我们依次来看一下各种传感器、组件的特性:

1、毫米波雷达:是工作在毫米波波段(millimeter wave)探测的雷达。通常毫米波是指30~300GHz频域(波长为1~10mm)的。毫米波的波长介于微波和厘米波之间,因此毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的一些优点。毫米波雷达具有成本中等、体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光相比,毫米波穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候(大雨天除外)全天时的特点。


马斯克说:“傻子才用激光雷达!”,难道激光雷达真的不重要?

毫米波雷达可以识别各种障碍物,本身可以识别各种有速度和无速度的物体的,但是在自动驾驶应用中,一般会把无速度的物体屏蔽掉,这就导致看上去毫米波雷达好像无法识别静止的物体,但这并不代表毫米波雷达本身无法识别。

毫米波雷达可以精确的测量位置和速度,但是无法准确的测量障碍物的大小和形状,也无法获取颜色信息,因此无法识别交通标志、车道线等信息,不可能单独使用来组成自动驾驶系统。相对于激光雷达,毫米波雷达探测的方位更小,构建3D地图的能力比较差。

因其成本中等偏低,目前具备自动驾驶能力的车辆都会搭配一个甚至多个毫米波雷达。

2、摄像头:摄像头的工作原理是视觉,获取环境的图像和颜色,成本不高,体积不大,重量也小,可以方便的安装在车辆的各个位置,目前具备自动驾驶能力的车辆也都会搭配摄像头。摄像头主要分为单目和双目,都可以通过算法实现障碍物距离的探测,


马斯克说:“傻子才用激光雷达!”,难道激光雷达真的不重要?

双目相对单目在识别距离方面更有优势,不过即使有优势,其对距离和速度的识别能力依然是不如毫米波雷达和激光雷达的。

因摄像头能获取图像和颜色等丰富的信息,所以其在识别交通标志、车道线有明显优势,所以是自动驾驶不可或缺的组件。当然,摄像头获取的大量图像信息处理起来对算力的要求比较高,需要更强大的处理器支持。但是,就其本质来讲,自动驾驶需要的信息都是可以通过摄像头来获取的,也就是说,理论上,只依赖摄像头也是可以构成自动驾驶系统的。多说一句,人类本身的驾驶过程,其实就类似于基于摄像头的自动驾驶。

3、激光雷达:以激光作为信号源,由激光器发射出的脉冲激光,打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物上,引起散射,一部分光波会反射到激光雷达的接收器上,根据激光测距原理计算,就得到从激光雷达到目标点的距离,脉冲激光不断地扫描目标物,就可以得到目标物上全部目标点的数据,用此数据进行成像处理后,就可得到精确的三维立体图像


马斯克说:“傻子才用激光雷达!”,难道激光雷达真的不重要?

激光本身具有非常精确的测距能力,其测距精度可达几个厘米。激光雷达分辨率高,抗其他干扰的能力很强,但是其工作时受天气和大气影响大。激光一般在晴朗的天气里衰减较小,传播距离较远。而在大雨、浓烟、浓雾等坏天气里,衰减急剧加大,传播距离大受影响。如工作波长为10.6μm的激光在坏天气的衰减是晴天的6倍。


马斯克说:“傻子才用激光雷达!”,难道激光雷达真的不重要?

从性能上看,激光雷达除了应对雨雪雾的能力比毫米波雷达差以外,其他都要比毫米波雷达好,但是为什么没有广泛应用呢?两个原因。

第一,激光雷达成本高。激光雷达可以说是目前自动驾驶传感器里最贵的,其成本是毫米波雷达的几十倍甚至上百倍,所以目前极少有车辆搭载。

第二,激光雷达为扫描结构,体积大,不方便装备。激光雷达本身是通过扫描来实现三维图像,且本身体积更大,这就是为什么激光雷达都被顶在车顶,这样既不美观,又增加风阻,很明显是不太符合需求的,不过好在随着固态激光雷达的发展,其体积更小、成本更低和装备位置也更随意,激光雷达一定程度上可以像毫米波雷达一样装备,不过要实现前后左右四个方向的扫描,就要装备四个激光雷达了,其成本依然是问题。

4、超声波雷达:超声波雷达采用的是超声波,体积最小,成本最低,甚至可以做到几块钱一个,但是其测量精度低,毕竟超声波是一种声波,其传播速度只有340m/s,难以测量高速运动的物体,有效距离也比较短,一般在几米的量级。


马斯克说:“傻子才用激光雷达!”,难道激光雷达真的不重要?

超声波雷达主要用于自动驾驶的一些低速、短距离的测量,例如自动泊车时候探测车位、对泊车环境的感知等。当然,因为这玩意实在是太便宜了,一般具备自动驾驶能力的车辆都是周圈都装备超声波雷达。

5、高精地图:高精度地图是给车看的地图,相对于供人类使用的普通地图,高精度地图提供更高的精确至厘米级的精度,更丰富的信息(例如道路坡度、曲率、车道具体位置、车道方向、限速信息等等)。


马斯克说:“傻子才用激光雷达!”,难道激光雷达真的不重要?

高精地图并不是传感器,只是一种软件信息,有了它,车辆就有了上帝之眼。目前,具备自动驾驶能力的车辆不一定搭载高精地图,但是高精地图对自动驾驶能力的提升有至关重要的作用。

综上所述,激光雷达对于自动驾驶并不是必须,理论上是可以不用的,实际上,因其极高的成本,目前量产的自动驾驶车辆很少会装备激光雷达,而醉心于降成本,造“老百姓”都买得起的电动车的特斯拉,自然不会轻易的选择如此高成本的组件

但是可以预见,如果固态激光雷达的成本能迅速下降,如此诱人的特性,肯定会有很多自动驾驶方案采用激光雷达的。

马斯克所说,明显是站在特斯拉的角度上,有博眼球的成分,但是也符合他造老百姓都买得起的电动车的思路。

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页面更新:2024-05-14

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