激光雷達(dá)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

機(jī)遇

激光雷達(dá)在智能機(jī)器生態(tài)系統(tǒng)中有很多機(jī)遇。與使用二維圖像相比，點(diǎn)云能夠更容易的被計(jì)算機(jī)使用，用于構(gòu)建物理環(huán)境的三維形象——二維圖像是人腦最容易理解的數(shù)據(jù)，而對(duì)于計(jì)算機(jī)來說，點(diǎn)云是最容易理解的。

Scanse的一款價(jià)值250美元的名為“sweep”的二維激光雷達(dá)掃描器可在戶外使用，并專為移動(dòng)、低功耗應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它只用了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手近四分之一的成本，這將給這類傳感器帶來全新的應(yīng)用（我們?cè)诤芏嗥渌愋偷膫鞲衅髦幸呀?jīng)看到過這樣的現(xiàn)象）。

二維激光雷達(dá)也可以被搭載到另一個(gè)旋轉(zhuǎn)的元件上以產(chǎn)生環(huán)境中完整的三維點(diǎn)云。

其他公司正在尋求降低系統(tǒng)成本的其他策略，例如Quanergy的固態(tài)激光雷達(dá)。該系統(tǒng)大體與上文已介紹的系統(tǒng)相同，然而，與使用旋轉(zhuǎn)光學(xué)器件來移動(dòng)光束不同的是，它們使用 “相控陣列光學(xué)系統(tǒng)”來引導(dǎo)激光脈沖的方向，它可以在某一方向上釋放一個(gè)激光脈沖，而讓下一個(gè)脈沖（1微秒之后）瞄準(zhǔn)視野中的其它地方。

它能夠?qū)崟r(shí)關(guān)注視野范圍內(nèi)看似移動(dòng)的物體，這是對(duì)人類駕駛員的模仿——后者能及時(shí)注意到即將進(jìn)入汽車所行駛的道路的障礙物。

Quanergy系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為能在沒有機(jī)械移動(dòng)的情況下做到這一點(diǎn)，并且每秒采樣大約100萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)——這與64線旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)的速度相當(dāng)，卻能顯著降低成本。它另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是更容易被集成在反光鏡和保險(xiǎn)杠等其他汽車部件上。

另外，更大和功率更高的系統(tǒng)也正在開發(fā)中，它可以從在3萬英尺高度飛行的飛機(jī)上對(duì)地面成像，其分辨率足以能夠看到地面上的車輛。雖然這些系統(tǒng)的市場(chǎng)需求更小，且成本更高，但其發(fā)展將繼續(xù)降低傳感器技術(shù)的整體成本。

挑戰(zhàn)

由于激光雷達(dá)基于對(duì)激光脈沖返回傳感器所需時(shí)間的測(cè)量，因此高反射率的表面會(huì)帶來問題。大多數(shù)材料從微觀水平上看表面粗糙，并且向所有方向散射光；這類散射光的一小部分返回到傳感器，并且足以產(chǎn)生距離數(shù)據(jù)。然而，如果表面反射率非常高，光就會(huì)向遠(yuǎn)離傳感器的方向散射，那么這一區(qū)域的點(diǎn)云就會(huì)不完整。

空氣中的環(huán)境也可以對(duì)激光雷達(dá)讀數(shù)造成影響。記錄顯示，大霧和大雨會(huì)減弱發(fā)射的激光脈沖而對(duì)激光雷達(dá)造成影響。為了解決這些問題，較大功率的激光器投入使用，但它對(duì)于較小的、移動(dòng)或?qū)β拭舾械膽?yīng)用來說并不是一個(gè)好的解決方案。

激光雷達(dá)系統(tǒng)面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是旋轉(zhuǎn)時(shí)的刷新率相對(duì)較慢。系統(tǒng)的刷新速率受復(fù)雜的光學(xué)器件旋轉(zhuǎn)速度的限制。激光雷達(dá)系統(tǒng)最快的旋轉(zhuǎn)速率大約是10Hz，這限制了數(shù)據(jù)流的刷新速率。

當(dāng)傳感器旋轉(zhuǎn)時(shí)，以60英里/小時(shí)行駛的汽車在1/10秒內(nèi)行進(jìn)8.8英尺，因此傳感器對(duì)于在汽車駛過期間在這8.8英尺內(nèi)發(fā)生的變化基本上是看不清的。更重要的是，激光雷達(dá)覆蓋的范圍（在完美條件下）為100-120米，這對(duì)于以60英里/小時(shí)行駛的汽車來說僅相當(dāng)于不到4.5秒的行駛時(shí)間。

也許對(duì)于激光雷達(dá)來說，高昂的設(shè)備成本是它需要克服的最大挑戰(zhàn)。盡管自該技術(shù)得到應(yīng)用以來其成本已大幅降低，但仍然是它被大范圍采用的一個(gè)重要障礙。

對(duì)于主流汽車工業(yè)來說，一個(gè)價(jià)值2萬美元的傳感器將無法被市場(chǎng)接受。Elon Musk（特斯拉CEO）說：“我不認(rèn)為它對(duì)于汽車的發(fā)展是有意義的，我認(rèn)為它不是必須的。”

最后，雖然我們將激光雷達(dá)視為計(jì)算機(jī)視覺的一個(gè)組件，但點(diǎn)云卻是完全基于幾何呈現(xiàn)的。相反，人眼除了形狀之外還能識(shí)別物體的其他物理屬性，比如顏色和紋理。