剛開始是太空掃描、接著是軍事制導(dǎo)、后面是地圖測繪，直到，現(xiàn)在連家里的掃地機器人和出行開的汽車都離不開它時，我們才發(fā)現(xiàn)，了解一款激光雷達是如何工作的，成為了我們存在且不被小學生鄙視為科技文盲的必選項。

大家都知道圖達通給蔚來ET7提供的那套激光雷達，它具有120°超平視角、0.06°×0.06°超高分辨率、10%反射率下探測距離（標準探測距離）可達250米等優(yōu)勢。

使用它，汽車就可以清晰的感知到出周圍環(huán)境的三維輪廓以及相對位置，從而做到避開障礙物，是智能汽汽車通往自動駕駛不可或缺的感知傳感器。

今天我們來高速大家，一臺激光雷達到底是怎么工作的。

首先，激光雷達并不是獨立運作的，而是由激光發(fā)射器、接收器、和慣性定位導(dǎo)航三個主要模塊組成。

它基本工作原理是發(fā)射出一種激光，在遇到物體后折射回來被CMOS傳感器接收，來測得本體到障礙物的距離

激光雷達正是利用了光遇到障礙物反射這一原理，而這種測距方式也被稱為TOF飛行時間法。

就像你勻速勻速跑步到小王家再勻速跑回來，知道時間和你的速度，就能確定小王家到這里有多遠。

那為什么要叫激光雷達，而不是光光雷達呢？

激光它是大量原子由于受激輻射所產(chǎn)生的發(fā)光行為。激光在傳播中始終像一條筆直的細線，發(fā)散的角度極小，一束激光射到38萬千米外的月球上，光圈的直徑充其量只有2千米左右，而普通光源散射到月球?qū)⒄樟猎虑虻娜种弧?/p>

從原理來看，只要需要知道光速、和從發(fā)射到CMOS感知的時間就可以測出障礙物的距離，再結(jié)合實時GPS、慣性導(dǎo)航信息與計算激光雷達發(fā)射出去角度，我們就可以得到一個帶有坐標方位和距離的點信息。

試想如果一個激光雷達能夠在同一個空間內(nèi)，按照設(shè)定好的角度發(fā)射無數(shù)條激光，那么就能得到無數(shù)基于障礙物反射信號。

再給這個信息配上時間范圍、激光的掃描角度、GPS 位置和 INS 信息將點數(shù)據(jù)后處理成高度精確的地理配準 x,y,z 坐標，那么這些點就會變?yōu)榫哂芯嚯x信息、空間位置信息的三維立體信號，最后再基于軟件算法組合起來，我么就可以得出線、面、體等各種相關(guān)參數(shù)，建立三維點云圖，繪制出環(huán)境地圖，達到感知大的目的。

理論上，相同單位內(nèi)點云圖越多，分辨率越高，汽車得到的信息就越多，自動駕駛判斷就越正確。

而評價一個激光雷達好壞也離不開以下三個參數(shù)：

角分辨率：相同視場角內(nèi)線束越多；角分辨率越小，那么分辨率越高，有效識別距離越遠。

線束：視場角越小、分辨率越高；

刷新率：一秒鐘對場景的建模次數(shù)；

這就是激光雷達最最最簡單的基礎(chǔ)理論，和判斷一個激光雷達的最有效方式。

商業(yè)用途：

但從商業(yè)角度來看，就像不存在完美的人一樣，根本也不存在完美的激光雷達。

量產(chǎn)一款激光雷達是考慮體積、功耗、成本、可靠性、安全性等，所以基本不可能制造出一個能同時向一個方向發(fā)射出無數(shù)激光的激光雷達。

為了能夠得到空間信息點，我們發(fā)明了機械式、MEMS、相控陣式、FISH等激光雷達，（從網(wǎng)上找響應(yīng)激光雷達動態(tài)視頻，做到一個界面上去；）

1.首先是機械雷達：通過實驗來演示原理，可以實現(xiàn)周圍360度的環(huán)境掃描和建模）

激光發(fā)射器發(fā)出一束經(jīng)過調(diào)制的激光，經(jīng)過物體反射后再由接收器接受到光信號，如果一個雷達可以同時發(fā)出多束光，并且讓他旋轉(zhuǎn)起來，就可以實時探測到周圍的物體，甚至生成點云，實現(xiàn)為周圍環(huán)境的實時建模，這種雷達被稱為多線數(shù)機械激光雷達。

多數(shù)自動駕駛車輛都搭載 Velodyne 公司出品的 HDL-64E 激光雷達，該產(chǎn)品每秒能完成對視場中 220 萬個數(shù)據(jù)點的掃描，同時還能完成對 120 米范圍內(nèi)物體的定位，精度可達厘米級。

強悍是強悍，但是這樣一個傳感器的重量達到了 13千克 ，單價更是高達 8 萬美元，快能買一臺整車呢，根本不可能做到完全普及，或者實現(xiàn)智能輔助駕駛的夢想。

2.MEMS，微振鏡氏激光雷達；

這是一種基于微機電系統(tǒng)（MEMS），整套系統(tǒng)只需一個很小的反射鏡就能引導(dǎo)固定的激光束射向不同方向。

由于反射鏡很小，因此其慣性力矩并不大，可以快速移動，速度快到可以在不到一秒時間里跟蹤到 掃描模式。

這種激光雷達的主要優(yōu)點是量產(chǎn)容易，目前采用的都是MEMS微震鏡激光雷達。除此之外，MEMS 激光雷達的一大優(yōu)勢是傳感器可以動態(tài)調(diào)整自己的掃描模式，以此來聚焦特殊物體，采集更遠更小物體的細節(jié)信息并對其進行識別，這是傳統(tǒng)機械激光雷達無法實現(xiàn)的。

圖達通給蔚來ET7供應(yīng)的就是這種激光雷達，而其中還有它獨特的凝視功能，讓自動駕駛汽車對局部障礙物感應(yīng)的更清晰。

寫在最后：

毫無疑問，激光雷達的應(yīng)用已經(jīng)從外星世界，走入我們身邊，但從商業(yè)來看，目前還沒有完美的激光雷達。

自動駕駛汽車需要避讓道路上的各類障礙物，但只有在非常確切地判斷出來障礙物時才剎車繞行。

從決策來看，我們判斷一般高度超過20cm的障礙物就需要被繞行。

而當障礙物大小從一輛車縮小到20cm高或黑色輪胎（反射率約為3%）時，只有當探測距離滿足250米（10%反射率）的情況下，它才能在100米到150米的距離被激光雷達探測到。

這個距離是自動駕駛汽車以120km/h時速高速駕駛時的實現(xiàn)可靠感知的安全距離。

這意味目前車載激光雷達的可靠距離和點云還是不夠的，甚至連車規(guī)級可靠性都是一大考驗，這也許馬斯克是因為這樣才不愿意使用激光雷達，但什么事情不是從無到有的?

就像最早人們不相信超聲波倒車雷準確性，討厭360度全景影像巨大的畸變一樣，新生事物總是需要成長的，激光雷達也一樣。

2017年激光雷達還只是WAMYO上黃金眼，現(xiàn)在很多車型，甚至小鵬P5這種20萬元左右的車型都有了，所以我們需要用發(fā)展的眼光解決發(fā)展中遇到的困難，隨著的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，激光雷達最終會像手機攝像有一樣，像超聲波雷達一樣走進千家萬戶，為每一輛自動駕駛汽車創(chuàng)造價值。