你敢信吗?十几年前汽车圈有人张嘴就说,搞激光雷达的都是傻子,谁用谁走歪路。结果现在呢?别说智能汽车了,你家扫地机器人都装上这玩意儿了,反倒成了智能驾驶圈的香饽饽。今天就唠唠,激光雷达怎么就完成逆袭了,华为推出的896线雷达又凭啥能火出圈。

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激光雷达测距其实逻辑挺简单的,就是常说的ToF飞行时间法。发射器打出去一个超快的激光脉冲,撞到障碍物弹回来被接收器接住,算一下光跑一来一回花了多久,乘上光速再除以二,距离一下子就算准了。只测单个点没用,要拿到周围环境完整的三维信息,就得不停调整激光的发射角度。

最早的激光雷达路子野得很,直接把一堆激光器塞进圆筒,让整个装置转着圈扫描,一趟下来就能拿到一圈的点数据。可这设计坑点太多,成本动不动就几十万,转来转去的机械结构很容易损坏。装在测试车上顶个大圆桶,丑不说还不耐用,没多久就被行业淘汰了。

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既然转整套装置太麻烦,大伙就想了个折中办法,把激光器固定住,用镜子改变激光的传播方向,这就是半固态激光雷达的核心思路。最基础的半固态方案用六棱柱反光镜旋转,激光打在镜面上就能实现水平扫描,垂直方向仍需要多排激光器配合工作。这样的方案比纯机械进步不少,但还是不够完善。

后来有人改进出了双镜架构,旋转的转镜负责水平扫描,另一个振镜控制垂直角度,就跟老式CRT大头电视逐行扫描画面一样。只用单个激光器就能覆盖整个视场范围,整体结构比之前轻巧了不少。还有更小巧的方案,用MEMS振镜代替复杂的大机械结构,靠电流控制镜子小范围偏转,就能精准调整激光方向。

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不过单颗振镜能偏转的角度有限,需要多颗配合才能覆盖足够大的扫描范围。除了反射改方向的方案,还有人利用棱镜折射原理实现扫描,或是调整激光频率改变折射角度。这些方案都存在扫描不均匀,或是需要额外机械结构的问题,全都属于半固态激光雷达的范畴。

想要彻底摆脱机械结构,就得靠全固态激光雷达。比如光学相控阵方案,通过控制多束激光的相位差,利用光的干涉直接改变发射方向。可相干干扰的问题至今没法完美解决,距离大规模量产还有不小的差距。

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另一种Flash方案就很像拍照,一次性发射整个面的激光,用阵列接收器一次性接收所有数据,直接省去了扫描步骤。但这么多年过去,成本和分辨率的平衡一直没能做到最优,也没能实现大规模上车应用。目前全固态路线还都在摸索阶段。

很多人纳闷,视觉方案都已经用了上百年,为啥非要折腾激光雷达啊。其实人类视觉和摄像头都有天生的缺陷,暗光环境下看不清细节,逆光或是进出隧道时会被强光干扰,对距离的判断也不够精准。放到高速行驶的场景里,一点点误差都很容易引发追尾事故。

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激光雷达自己发射激光,完全不受环境光影响,天生就能精准测距,刚好补上了视觉方案的短板。但过去激光雷达最大的痛点就是分辨率不足,主流机型在100米外的点间距能达到0.26米。一个狗子大小的物体只能反射出几个点,根本没法快速识别,高速行驶时根本来不及做出反应。

华为乾坤推出的896线激光雷达,直接把纵向分辨率拉到了新高度。比之前常见的192线提升了四倍,100米外的垂直点间距缩小到6厘米,就算是手机大小的物体都能被精准探测到。但这还不是全部,它的双光路一体双焦架构才是真正的杀招。

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这套技术其实借鉴了人类眼睛的视觉逻辑,把高清长焦和广角两套光路集成在了一个雷达里。长焦部分的视场角更小,横向点密度更高,相当于把算力集中在了视野中心区域,实现了类似人眼黄斑区的高分辨率效果。官方数据说,在55米外甚至能看清小狗摇尾巴。

官方放出来的对比数据最直观,原来的192线雷达只能在100米外识别30厘米的小目标,高速上车速只能控制在80公里每小时。全新的896线双光路雷达能在120米外识别14厘米的小目标,车速可以直接拉到120公里每小时。暗光环境下的差距更是明显,192线只能在42米外识别低反光物体,华为这款雷达的识别距离达到122米,完全覆盖高速夜间行驶的安全需求。

官方放的现场演示实拍冲击力更强,无路灯的高速路上,车辆以120公里每小时行驶,旁边停着大卡车,路面散落着路锥、纸箱、横躺的轮胎甚至静态小狗。搭载这款雷达的车辆丝滑变道避开所有障碍,全程没有任何卡顿掉链子的情况。这其实也意味着,图像级激光雷达的时代已经来了。

当激光雷达的分辨率接近摄像头的视觉效果,再和视觉、毫米波雷达融合,汽车的环境感知能力就能远超人类眼睛。智能驾驶的核心从来不是复刻人类开车的方式,而是拓展人类感知的上限。当年被骂成傻瓜的技术,靠着一轮轮技术迭代成了智能安全的标配。

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未来的每一辆智能汽车,大概率都会靠多传感器融合的方案,在极端路况下为驾驶员守住安全底线。技术发展就是这样,当年不被看好的方向,说不定哪天就成了行业主流。激光雷达的逆袭,其实就是技术迭代最生动的例子。

参考资料:人民日报 激光雷达赋能智能汽车产业发展