什么是单线激光雷达

 
 
目前单线激光雷达产品,主要有 SICK 公司和 HOKUYO 公司。
 
单线激光雷达,实际上是一个高同频脉冲激光测距仪,加上一个一维旋转扫描。单线激光雷达的特点:
 
· 只有一路发射和一路接收,结构相对简单,使用方便;
· 扫描速度高、角度分辨率高;
· 体积、重量和功耗低;
· 可靠性更高;
· 成本低;
 
单线激光雷达能干什么?
 
 
 
在自动驾驶领域,我们基本上看到的都是多线激光雷达,单线激光雷达到底能干什么?
 
如上图,美国 DARPA 自动驾驶挑战赛里的参赛车,第一个是 2005 年斯坦福大学名字叫做 Stanly 的参赛车,这是当年获得冠军的参赛车。另一个是卡耐基梅隆大学的参赛车。
 
当时他们用的基本上是 SICK 公司的单线激光雷达。特别是斯坦福大学的参赛车,光是上方就装了五个激光雷达,我们可以认为它是多线激光雷达的“鼻祖”,只不过它是用了五个单线激光雷达来实现多线激光雷达的功能。
 
2007 年 Velodyne 推出 64 线激光雷达以后,很多自动驾驶车辆基本上采用了 Velodyne 的产品。但这是不是就是说明,单线激光雷达在辅助或者自动驾驶里没有市场?
 
我认为不是。因为单线激光雷达有它的特点,比如说,在高重复频率、高角度分辨率上,多线激光雷达很难达到同样的技术指标。
 
 
 
上图是今年在常熟中国智能车未来挑战赛部分参赛车的照片。可以看到,除了使用 Velodyne 多线激光雷达、Ibeo 多线激光雷达外,他们都安装了 SICK 单线激光雷达。西安交大因为与我们有合作,所以用了我们的单线激光雷达。
 
在行人探测、障碍物探测(小目标探测)以及前方障碍物探测等方面上,单线激光比多线激光雷达有优势得多,因为单线激光雷达的角分辨率可以做得比多线激光雷达高,这一点在探测小物体或者行人里非常有用。
 
 
 
上图是 Ibeo 当时做的单线激光雷达的宣传视频截图,图中它实现的一个功能是前向防碰撞。比如,在行驶路上,左侧突然出现一辆车,激光雷达可以探测到车的位置和大小以后,实现自动避让。
 
这个技术在现在智能机器人、服务机器人上非常有用,而且目前这一块也是比较热的领域。
 
 
 
上图是激光雷达在车道检测和车道偏航预警的应用。可能很多人会问一个问题,为什么要用激光雷达来做车道检测而不用相机,ADAS 算法不是非常成熟吗,为什么非得用激光雷达?
 
这是因为相机特别容易受到背景光或者强光的干扰。比如,我们在林荫大道行走的时候,如果树荫落下斑斑点点的阳光,再结合白色车道线,我们非常难把车道线识别出来,而且识别概率在复杂的光照或者在强光照射条件下,它的识别概率非常非常低,算法也非常复杂。
 
那么,用激光雷达来做车道检测有什么好处?第一,我们用的是红外激光,这种激光本身在红外波段的辐射比可见光要低得多。第二,我们会加一个非常窄的滤光片,把强背景光直接滤除。然后我们再用红外光对它进行探测。这样我们就能获得一张非常高质量的车道线图像,通过图像的灰度,就能非常容易把车道线检测出来。换句话说,用激光雷达来做车道线检测,它的性能会比相机要高。
 
 
 
单线激光雷达在辅助驾驶里的应用是行人探测,实际上这也是一个前向防碰撞的应用,与汽车防碰撞基本类似。由于单线激光雷达的角分辨率可以做到比多线激光雷达高,可在更远的距离提前发现行人,为控制系统或驾驶员留出更多的预警时间。
 
 
 
ACC(Stop&Go)的应用。这个功能在目前中国城市交通拥堵的情况下特别适用,它是通过前向激光雷达直接探测到前面的汽车运动来获得前车的准确距离信息,然后通过控制汽车自动进行跟随。