無人駕駛之激光雷達深度剖析（一）

無人駕駛汽車怎么實現自動駕駛呢？這背后一個關鍵技術就是LiDAR，即激光雷達傳感器,俗稱光達，它也被稱為無人駕駛汽車的眼睛。

激光雷達，英文全稱為Light Detection And Ranging，簡稱LiDAR，即光探測與測量，是一種集激光、全球定位系統（GPS）和IMU（Inertial Measurement Unit，慣性測量裝置）三種技術于一身的系統，用于獲得數據并生成精確的DEM（數字高程模型）。這三種技術的結合，可以高度準確地定位激光束打在物體上的光斑，測距精度可達厘米級，激光雷達最大的優勢就是“精準”和“快速、高效作業”。它是一種用于精確獲得三維位置信息的傳感器，其在機器中的作用相當于人類的眼睛，能夠確定物體的位置、大小、外部形貌甚至材質。

LiDAR通過測量激光信號的時間差、相位差確定距離，通過水平旋轉掃描或相控掃描測角度，并根據這兩個數據建立二維的極坐標系;再通過獲取不同俯仰角度的信號獲得第三維的高度信息。

高頻激光可在一秒內獲取大量(106-107數量級)的位置點信息(稱為點云)，并根據這些信息進行三維建模。除了獲得位置信息外，它還可通過激光信號的反射率初步區分不同材質。

激光雷達是自動駕駛的關鍵技術

Lidar大致分為機載和地面兩大類應用，其中機載激光雷達是一種安裝在飛機上的機載激光探測和測距系統，可以量測地面物體的三維坐標。早在上世紀七十年代，由美國航天局研發，LIDAR測繪技術空載激光掃瞄技術開始了發展，并且速度飛快，約在1995年開始商業化。

除了軍事領域的應用，激光雷達也迅速向民用市場擴展。其中，無人駕駛可以說是最熱門的一個應用。

將Lidar應用于自動駕駛，要追溯到美國的DARPA （美國國防高等研究計劃署），它每年都會舉辦無人駕駛汽車挑戰賽，在2007年的DARPA挑戰賽上，7支參賽隊伍中的6支都采用了Velodyne公司設計的Lidar，最終的第一二名就出自這六只參賽隊。這引起了準備研發無人駕駛車的谷歌的注意，之后谷歌組建了隊伍，據稱，最初的人員就來自這些參賽隊員。谷歌于2009年推出無人駕駛汽車項目，在其無人車原型中使用的就是Velodyne公司的Lida。

激光雷達在無人車市場的應用

近幾年，無人駕駛汽車市場發展火熱，谷歌之后，百度、Uber等主流無人駕駛汽車研發團隊都在使用激光雷達作為傳感器之一，與圖像識別等技術搭配使用，使汽車實現對路況的判斷。

傳統的汽車廠商也紛紛開始研發無人駕駛汽車，包括大眾、日產、豐田等公司都在研發和測試無人駕駛汽車技術，他們也都采用了激光雷達。

激光雷達的特點

Lidar系統測量3D空間中每個像素到發射器間的距離和方向，通過傳感器創造出真實世界完整的3D模型。操作Lidar系統的基本方法是發射一束激光，然后測量光在物體表面反射而返回來的信號。Lidar模塊接收到反射回來的信號所需的時間提供了一種直接測量Lidar系統與物體之間的距離的手段。關于物體的額外的信息，比如它的速率或材料成分，也可以通過測量反射回來的信號中的某些特性而得以確定，這些特性包括誘導多普勒頻移（induced Doppler shift）。最后，通過操控發射出去的光，可以測量出環境中許多不同的點，從而創建出完整的3D模型。

激光雷達（LiDAR）類似于雷達（radar），但是分辨率更高，因為光的波長大約比無線電的波長小10萬倍。它可以區分真實移動中的行人和人物海報、在三維立體的空間中建模、檢測靜態物體、精確測距。