目前小鹏P5、北汽极狐S、蔚来ET7以及广汽埃安AION LX Plus相继推出了搭载激光雷达的自动驾驶辅助系统。不过不同的是,前三者为第一代机械式棱镜激光雷达,后者为第二代智能可变焦激光雷达,一字之差,性能却差之千里。
简单了解激光雷达的工作原理
在要区分两代雷达的差别,有必要先简单了解激光雷达的工作原理,激光雷达发出激光束并照在目标物体后,系统接受并处理反弹回来的激光束,最后输出图像(专业名词:点云图像,是由一个个点组成,有点类似像素)。一张“点云”图代表一帧,对应激光雷达内部电机旋转动一圈完成一次扫描。
判断激光雷性能的一个重要指标是采集率,就是每秒钟进行有效采集的次数,可直观理解为一秒内产生的点云数目,点云数目越多,所输出的点云图像越清晰,识别率就越高。在其它条件差别不大的情况下,采集率主要由分辨率(也称角分辨率)和刷新帧率决定。
刷新帧率代表激光雷达一秒钟扫描的频次,和电机旋转的圈数直接相关。而分辨率是指两个线束形成的激光点的夹角,这与我们平常了解的图片分辨率不同。
激光雷达的采集率可以通过分辨率和刷新帧率计算得出:
假设某激光雷达的分辨率为0.2°,每一帧的点云数目:360°/0.2°= 1800;每秒10帧,则每秒的点云数目:1800×10=18000;所以采样率为18kHz。
可以看出,采集率和分辨率成反比,分辨率越小,采集率就越高,看得也就越远,越清晰,反之亦然。比如上图,左侧分辨率为0.2°,右侧为0.05°,右侧明显看得更远更清楚。
这里需要注意,分辨率分为垂直分辨率和水平分辨率,有点类似探测视野的宽度和高度,分辨率越小,虽然看得越清楚了,但视野却得更窄,鱼和熊掌不可得兼。
重点来来,目前用在自动驾驶领域的第一代激光雷达和第二代智能可变焦激光雷达,差别就主要在分辨率和刷新帧率上。
第一代还没交付,第二代已经量产
(第一代激光雷达,分辨率和刷新帧率固定)
第一代激光雷达多为一维扫描架构,刷新帧率和分辨率固定不变,但现实中,在不同自动驾驶行驶场景下,系统对刷新帧率和分辨率其实有着不同的需求。
(左:第一代固定分辨率; 右:第二代智能调控分辨率)
在高速自动驾驶场景中,重点关注目标区域放在比较远的地方,以便根据前方路况,提早预判。研究表明,车辆以120km/h行驶时,0.2°垂直分辨率对障碍物的感知距离为120-150米,仅能满足安全制动要求。而当垂直分辨率提高至0.1°,感知距离将提高到180-200米,对静态小型障碍物的检测距离由85米提升到160米。由此可见,在高速自动驾驶场景中,低分辨率会好于高分辨率,系统可以探测到更远的路况信息,并根据前方路况,提早做出制动、变道等操作,带来更加安全且舒适的体验。
而城市自动驾驶场景,路况又与高速不同,加塞并行车辆、行为各异的行人、横向穿梭的车辆等让路况变得复杂且变化快,障碍物与本车距离极近。所以这时候应该把重点关注目标区域放在近端,需要更大的视野,高分辨率会比低分辨率更安全。
相比第一代激光雷达固定不变的分辨率,第二代智能可变焦激光雷达具有智能可变焦功能,分辨率可以在0.2°-0.05°智能调控(主流第一代固定0.2°),所以无论在高速还是城市低速用车场景,第二代都比第一代更能安全可靠。