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激光雷达让自动驾驶汽车成为现实的技术

2020-10-20 16:05:00

LiDAR是（Light Detection and Ranging）的缩写，是一种利用激光束来计算与物体距离的探测设备。当光线与物体碰撞时，部分光线会被反射回源头并被传感器接收。通过测量发射和返回之间的时间间隔来确定距离。

在2005年的DARPA挑战赛中，来自斯坦福大学的工程师们最接近实现了几十年来的自动驾驶汽车的梦想，就像《TimeCop》等科幻类型的主旋律作品中所设想的那样。为了弄清周围的世界，他们的汽车使用了一种叫做激光雷达的东西，这是一种从未在汽车上实现过的技术。

可以说，这项技术在汽车行业的第一次商业化大规模应用是在2018年，当时通用汽车利用安装在卡车上的LiDAR传感器，对整个美国的高速公路系统进行精确的3D测绘。这些数据将被输入到他们的凯迪拉克CT6，以及后来的CT5和CT4中，以便让这些车能够自己精确地导航我们国家的高速公路。

考虑到光的传播速度几乎是每秒20万英里，应用这一原理所需的精度水平是令人震惊的。更难以相信的是，激光雷达从60年代就已经出现了（着名的是用于绘制月球表面的地图），目前最好的商用型号可以达到一英寸以下的分辨率。

无处不在的碰撞传感器不过是一个测距仪，它在车辆前方发出一到两道光束，以确定物体的存在、距离和相对速度。大多数都不够灵敏，无法区分形状，而宠物等较小的障碍物可能就不存在了。

现代化的测绘激光雷达每秒会向各个方向发送数百万束激光，然后将传感器信息反馈给计算机，以创建环境的实时地图。

如果背后有足够的计算能力，3D激光雷达可以用来追踪宠物大小的移动物体，预测它们的方向，区分环境中的潜在障碍物，在明显的路边转弯等等。

在汽车上实施激光雷达的最大障碍是扫描速度低。早期的设备无法以足够快的速度构建地图，让车辆以蜗牛般的速度移动。

直至大卫-霍尔发明 “基于3D激光的实时系统”。与以往的设计不同，霍尔的解决方案允许同时扫描多个方向。发射器以足够高的频率围绕360度拱形发射光束，在纳秒内描绘出功能图景。

霍尔的发明在2005年获得了专利，他的公司Velodyne成为了第一家商业化的车载激光雷达系统制造商，他们仍然处于行业的顶端--如是。

在过去的15年里，该公司一直在积极努力改进激光雷达技术，尤其是目前使该系统对汽车行业缺乏吸引力的尺寸和成本问题。

不过，一些先天不足可能永远无法解决，比如激光雷达无法 “看到 ”形状以外的东西--这在驾驶时是一个明显的障碍。

未来的自动驾驶汽车可能需要摄像头辅助来区分道路标记和标志，因为该系统有可能永远无法自给自足。相反，越来越明显的是，同样的情况可能适用于竞争技术。