“超能力”LIDAR 具備讓自動駕駛汽車（或是任何機器人）觀察這個世界的幾個特殊的“超能力” ：

 

360 °全方位無死角的可視能力——想象一下人眼能夠時時刻刻觀察到所有的方向

 

極其準確的深度信息——想象一下你總是可以知道與物體的精確距離（精度± 2 cm ）

 

如果你之前見過自動駕駛汽車
，可能你已經接觸過 LIDAR。正如下圖中的 Uber 和 Baidu 的自動駕駛汽車，它是安裝在汽車頂部的不斷旋轉的笨重盒子。

 

 

目前市場上最受歡迎的 LIDAR 傳感器是下圖中 Homer 頂部的高功率Velodyne HDL-64E。

 

 

LIDAR 的工作原理傳感器是如何做到 360 度無死角以及高精度的深度信息捕獲呢
？

 

簡單地說：LIDAR 傳感器不斷發射激光傳感束
，然後根據光束返回至傳感器的時間測距。

 

 

通過每秒發送數百萬光束，LIDAR 傳感器可以真正地實現 3D 世界的 可視化。可以推斷出與周圍任何物體的精確測量值（最大約 60 米

，取決於所用的傳感器）

 

 

Homer 的駕駛空間

 

LIDAR 的簡史為了進一步理解現代 LIDAR 背後的技術支持
，著眼於具備相同目標的相似技術非常重要。

 

Sonar

 

最初的深度感應祖先是蝙蝠（具備 5000 萬年的曆史）。蝙蝠（或是海豚
，之類……）能夠像 LIDAR 一樣使用回聲定位
，另一個稱為聲呐（聲音導航和測距）。和 LIDAR 激光測距不同的是
，Sonar 使用聲波進行測距。

 

經過了 5000 萬年的生物進化，隨著潛艇戰的到來，第一次世界大戰加速了人造聲呐傳感器的大規模部署。Sonar 在水中工作的效果非常突出，因為聲波在水中比光和無線電波的傳播速度更快（指的是每秒的傳播距離）。Sonar 傳感器在現代汽車上的應用頻率很高，主要是以停車傳感器的形式。短距離傳感器（——5m）提供了低廉的方式來告知後方牆壁與汽車的距離。聲呐還未被證明可以在自動駕駛汽車要求的範圍內工作（60 m+）

 

 

在這種情況下，蝙蝠是回聲定位信號的發送者和接受者。

 

雷達

 

雷達（無線電導航與測距），與 Sonar 非常相像
，是在第二次世界大戰時發展起來的另一項技術。與使用激光或聲波不同的是，它利用無線電波來測距。在 Homer 上使用 Delphi 傳感器利用大量的雷達，它是一種久經考驗的方法，能夠精確地檢測和跟蹤最遠距離 200 米的物體。

 

congquedianzhefangmianlaikan
，leidadequedianfeichangshao。tazaijiduantianqixiadebiaoxianyouyibingqiejiaweifeichangshihui。leidabujinzaiwutijiancefangmianyingyongguangfan
，bingqiezaizhuizongfangmianyeyouhenduodeyingyong（即：理解車輛行駛的速度以及方向）。雷達不一定能提供 LIDAR 的粒度
，但是雷達是免費的，LIDAR 不是。

 

在 Homer 上安裝的雷達

 

激光雷達技術

 

激光雷達技術誕生於20世紀60年代
，就在激光問世不久。在1971年阿波羅15號任務期間，宇航員就用它測量繪製了月球表麵，讓人們第一次看到激光雷達能做什麼。

 

克萊門汀

 

在(zai)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)應(ying)用(yong)於(yu)汽(qi)車(che)和(he)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)使(shi)用(yong)之(zhi)前(qian)，激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)通(tong)常(chang)應(ying)用(yong)於(yu)考(kao)古(gu)學(xue)。並(bing)且(qie)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)在(zai)繪(hui)製(zhi)地(di)麵(mian)版(ban)圖(tu)中(zhong)有(you)著(zhe)極(ji)大(da)的(de)幫(bang)助(zhu)，在(zai)考(kao)古(gu)學(xue)和(he)農(nong)業(ye)中(zhong)占(zhan)有(you)著(zhe)及(ji)其(qi)重(zhong)要(yao)的(de)地(di)位(wei)。

 

一種空中捕獲的激光雷達地圖

 

“當激光雷達技術首次應用於Angamuco時，我們從觀測到的區域大小
，建築物和結構來看，甚至無法得出這是個城市的結論。團隊成員史蒂夫萊斯教授告訴（英國廣播公司）BBC。更令人驚訝的是，盡管城市麵目全非，但是還是有球隊利用它在這裏找到了一個名為pok-ta-pok的中美洲比賽球場，在比賽中費希爾還在離球門十米遠的地方進過球“這真是太令人驚訝了”萊斯說。 -激光雷達幫助考古學能探索到更多不為人知的地方。

 

激光雷達技術的50個應用同時激光雷達技術在許多不同的領域中正在變得越來越流行。

 

直到21世紀初
，激光雷達技術才首次被用於汽車，並且在2005年，斯坦利（以及後來的Junior）在Grand DARPA挑戰賽中應用了才使它流行起來。

 

 

在這場比賽中左圖的斯坦利使用的是SICK的激光雷達傳感器
，而右圖的Junior則使用的是Velodyne的傳感器。

 

斯坦利是2005年Grand DARPA挑戰賽的冠軍，除了裝備了軍用級GPS，陀螺儀，加速度計和一個可見度80米以上的攝像頭外
，還另外在屋頂安裝了5個SICK激光雷達傳感器。所有這些都是由6個放置於後備箱的1.6GHz 的奔騰lunix係統電腦所驅動的。

 

這項使用SICK激光雷達技術（在2005年為很大一部分的挑戰車輛提供動力）由you於yu每mei次ci激ji光guang掃sao描miao基ji本ben上shang都dou是shi由you單dan個ge平ping麵mian進jin行xing的de切qie割ge
，因yin此ci對dui於yu每mei位wei參can賽sai者zhe必bi須xu有you序xu的de指zhi揮hui他ta們men。許xu多duo參can賽sai隊dui伍wu將jiang它ta們men安an裝zhuang在zai傾qing斜xie台tai上shang，這zhe樣yang他ta們men就jiu可ke以yi順shun利li的de“掃過”一段空間。簡單來說：與我們今天所知的現代3D 激光雷達技術（多方向的光束）相比
，SICK是一個2D激光雷達（單一方向上的一些光束）。

 

 

Velodyne長期以來一直是激光雷達的市場領導者，但是他們並不滿足於現狀。Velodyne於1983年開始從事音頻公司的生活，超低音揚聲器裝備特定的傳感器，利用DSP和定製DSP控製算法。以實現低頻音效和低音炮音效技術。在斯坦利首次登場的同時
，Velodyne同時成為我們今天所知的激光雷達公司。Velodyne的創始人大衛和布魯斯霍爾首次參加了2004年DARPA比賽，組建了DAD（數字音頻驅動器）團隊。2005年第二場比賽中，大衛霍爾發明了基於3D激光的實時係統並申請了專利
，這為Velodyne當前的激光雷達產品奠定了基礎。在2007年第三次DARPA挑戰中，大多數團隊的感知係統使用的就是這項技術。大衛·霍爾的發明現在在史密森學會中被認為是實現自動駕駛的根本性突破。

 

 

2005年的DAD隊

 

2005年時DAD隊第一台Velodyne激光雷達掃描儀的直徑約為30英寸
，重量接近100磅。因此他們團隊選擇將激光雷達掃描儀商業化而不是繼續使用它參加比賽。

 

Velodyne公司不斷改善技術，將傳感器的尺寸和重量減輕的同時提高它的性能。Velodyne的HDL-64E 激光雷達傳感器是2007年所有頂級DARPA城cheng市shi挑tiao戰zhan賽sai團tuan隊dui的de地di形xing圖tu構gou建jian和he障zhang礙ai物wu檢jian測ce的de主zhu要yao手shou段duan
，六liu個ge完wan成cheng這zhe個ge挑tiao戰zhan賽sai的de團tuan隊dui有you五wu個ge在zai使shi用yong該gai傳chuan感gan器qi，其qi中zhong包bao括kuo獲huo勝sheng和he第di二er個ge團tuan隊dui。一yi些xie團tuan隊dui完wan全quan依yi靠kao激ji光guang雷lei達da獲huo取qu用yong於yu通tong過guo模mo擬ni城cheng市shi環huan境jing駕jia駛shi自zi動dong駕jia駛shi車che輛liang的de環huan境jing的de信xin息xi。-維基百科

 

 

LIDAR（激光雷達技術）在自動駕駛汽車中的作用為什麼 LIDAR 會使用自動駕駛汽車成為可能？簡而言之：繪製地圖。LIDAR可以生成巨大的3D地圖（這是它最早的應用！）你可以用以汽車或機器人的導航。通過使用LIDAR來對周圍的環境進行繪測和導航，你可以提前知道一條車道的輪廓

、停止標誌甚至是前麵500米的紅綠燈。這種可預測性正是實現自動駕駛汽車這樣的技術所需要的，並且是過去5年來取得進步的重要原因。

 

物體識別

 

隨著LIDAR應用的更加廣泛並且擁有更高的分辨物體的能力，在物體識別和追蹤中出現了一個新實例。LIDAR繪製的地圖不僅可以讓您準確了解自己在世界的哪個位置進而幫助您進行導航。還可以識別和跟蹤汽車，行人等障礙物，比如說Waymo的橄欖球頭盔。

 

現代LIDAR使你可以識別一個騎自行車的人和一個行走的人，甚至可以測量他們改變方向和行進的速度。

 

一輛穀歌汽車

 

令人驚歎的導航，不可思議的可預測性、高度解析物體的跟蹤相結合意味著LIDAR是主導當代自動駕駛汽車的關鍵

，而且很難看出這種主導會生變化。除非…

 

視覺傳感器主導的自動駕駛汽車

 

那裏有很多創業公司並沒有使用激光雷達傳感器
，僅使用視覺傳感器（也許是雷達）來解決自動駕駛汽車的問題。特斯拉是其中最有影響力的公司，他們的CEO埃隆馬斯克提出這樣的想法：如(ru)果(guo)人(ren)類(lei)能(neng)夠(gou)隻(zhi)用(yong)眼(yan)睛(jing)，耳(er)朵(duo)和(he)大(da)腦(nao)來(lai)感(gan)知(zhi)和(he)導(dao)航(hang)這(zhe)個(ge)世(shi)界(jie)
，那(na)為(wei)什(shen)麼(me)不(bu)能(neng)用(yong)在(zai)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)汽(qi)車(che)上(shang)呢(ne)？我(wo)確(que)信(xin)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)將(jiang)取(qu)得(de)驚(jing)人(ren)的(de)成(cheng)果(guo)，尤(you)其(qi)是(shi)現(xian)在(zai)已(yi)經(jing)有(you)許(xu)多(duo)優(you)秀(xiu)的(de)團(tuan)隊(dui)正(zheng)在(zai)努(nu)力(li)實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)目(mu)標(biao)

，其(qi)中(zhong)有(you)Comma和AutoX。

 

特斯拉表示他們已經決定規模化生產。 未來特斯拉希望很快能夠每年生產50萬輛汽車，並且他們已不再需要等待激光雷達的降價 。

 

埃隆馬斯克說
，穀歌在其自動駕駛汽車中使用的激光雷達''''''''在汽車中沒有意義……

 

幾天前，特斯拉CEO埃隆馬斯克召開新聞發布會，介紹了自動駕駛功能…

 

LIDAR的未來業界的進步聚焦於降成本和分辨率、範圍的提升。

 

降低成本

 

固態LIDAR有望提供1000美元以下的LIDAR單元，相比於當下的80000美元單價的LIDAR極具吸引力。LeddarTech是這個早期市場的領軍公司之一。

 

Velodyne對於固態LIDAR看法如下：

 

固態且固定傳感器是出於更小的尺寸和盡可能低的成本的可嵌入的傳感器而考慮的。這也就意味著視域也就更小。Velodyne支zhi持chi固gu定ding的de和he旋xuan轉zhuan的de傳chuan感gan器qi。固gu定ding的de傳chuan感gan器qi為wei了le能neng夠gou嵌qian入ru所suo以yi需xu要yao小xiao型xing化hua。從cong成cheng本ben的de角jiao度du考kao慮lv，兩liang者zhe都dou包bao含han鏡jing頭tou，激ji光guang和he檢jian測ce裝zhuang置zhi。最zui低di成cheng本ben得de係xi統tong實shi際ji上shang是shi通tong過guo旋xuan轉zhuan視shi域yu來lai複fu用yong鏡jing頭tou、激光和檢測裝置，而不是使用額外單獨包含鏡頭、激ji光guang和he檢jian測ce裝zhuang置zhi的de傳chuan感gan器qi。複fu用yong不bu僅jin更geng加jia經jing濟ji實shi惠hui而er且qie更geng加jia實shi用yong，因yin為wei這zhe樣yang能neng夠gou減jian小xiao因yin為wei實shi時shi融rong合he不bu同tong視shi角jiao數shu據ju而er帶dai來lai的de誤wu差cha，這zhe在zai車che輛liang實shi時shi運yun動dong時shi相xiang當dang關guan鍵jian。

 

精度與範圍提升

 

LIDAR應用場景的猛增吸引了一大票才華橫溢的創始人和團隊投入其中。更高的分辨率與更遠的探測範圍（例如200米）將提升物體探測和跟蹤的性能
，並且是像Lumina這樣的初創公司的傳感器產品的關鍵區別之一。

 

 

推薦閱讀：