一、激光雷達(dá)數(shù)據(jù)對(duì)比
1. 機(jī)械式采樣數(shù)據(jù)
機(jī)械式激光雷達(dá)在水平方向利用外部旋轉(zhuǎn)部件達(dá)到360°的采樣，垂直方向根據(jù)線束的不同，分辨率也不同。較常用的有16線激光雷達(dá)，32線激光雷達(dá)，64線激光雷達(dá)。下圖是一張用Velodyne-16采集的點(diǎn)云圖：
Velodyne-16每秒30萬出點(diǎn)率，按照10赫茲的采樣頻率，每幀有30000個(gè)點(diǎn)；垂直視場角是30°，在室外場景如果水平安裝與車頂，只有水平向下的七條激光線打到的點(diǎn)能有效返回，大約15000個(gè)有效點(diǎn)云可供后續(xù)感知算法使用。
2. 混合固態(tài)采樣數(shù)據(jù)
混合固態(tài)激光雷達(dá)往往采用多棱鏡式，將機(jī)械旋轉(zhuǎn)的外部結(jié)構(gòu)輕量化、小型化集成到內(nèi)部，但是仍然有旋轉(zhuǎn)器件。比如Livox激光雷達(dá)采樣棱鏡震蕩的方式進(jìn)行非重復(fù)掃描，視場覆蓋率隨時(shí)間推移而顯著提高。如下圖所示，從左往右隨著積分時(shí)間越長，點(diǎn)密度越大：
下面有兩張Livox不同產(chǎn)品的點(diǎn)云圖：
上圖是Horizon按照10FPS采樣得到的點(diǎn)云，每幀24000個(gè)點(diǎn)，除去未反射回來的點(diǎn)，有效點(diǎn)云個(gè)數(shù)在21000+。
上圖是MID-70按照10FPS采用得到的點(diǎn)云，每幀10000個(gè)點(diǎn)，除去未反射回來的點(diǎn)，有效點(diǎn)云個(gè)數(shù)在7000+。因?yàn)樵摦a(chǎn)品非重復(fù)掃描，所以100ms采樣的點(diǎn)云連續(xù)幀中物體點(diǎn)抖動(dòng)嚴(yán)重。使用200ms的積分時(shí)間對(duì)感知算法較為穩(wěn)定。
3. 固態(tài)激光雷達(dá)采樣數(shù)據(jù)
固態(tài)激光雷達(dá)一般將旋轉(zhuǎn)器件做到芯片中如MEMS方式，或者徹底取代旋轉(zhuǎn)器件，如OPA或FLASH方式。其采樣得到的高分辨率點(diǎn)云圖密度很高，下圖是一張MEMS固態(tài)激光雷達(dá)采樣的點(diǎn)云圖：
相比前兩種激光雷達(dá)能夠得到更多的目標(biāo)特征信息。
由于機(jī)械式雷達(dá)的原理都一樣，所以我們用速騰聚創(chuàng)的產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)械式雷達(dá)感知方案的分析（絕非打廣告，只是資料相對(duì)多）；混合固態(tài)雷達(dá)的感知方案本文采用覽沃科技的產(chǎn)品做分析，因?yàn)樾【幑ぷ魃鲜褂眠^他家的Horizon，MID-70，相對(duì)了解一些。
二、機(jī)械式雷達(dá)感知方案
速騰聚創(chuàng)的雷達(dá)產(chǎn)品包括機(jī)械式激光雷達(dá)，如RS-LiDAR-16、RS-LiDAR-32、RS-BPearl、RS-Ruby等；也包括固態(tài)激光雷達(dá)，如RS-LiDAR-M1。
采用以上激光雷達(dá)的組合可以提供應(yīng)對(duì)中低速場景的LiDAR感知方案和應(yīng)對(duì)高速場景的LiDAR感知方案。
1. 低速場景的激光雷達(dá)感知方案
1.1 硬件配置
采用單顆RS-LiDAR-16型號(hào)的16線激光雷達(dá)（或32線），安裝在車頂前方。適用于低速近距離50以內(nèi)的障礙物檢測和跟蹤。
1.2 系統(tǒng)方案
由于RS-LiDAR-16的垂直角分辨率是2°，導(dǎo)致中距離50米以外的兩根掃描線間隔很大，通常提取不到目標(biāo)的完整特征，所以僅適合做近處的目標(biāo)識(shí)別，和中距離的障礙物檢測跟蹤。
1.3 方案評(píng)估
該低速方案配備單顆16線激光雷達(dá)在車身周圍存在約5米左右的盲區(qū)（具體根據(jù)安裝高度和傾斜角計(jì)算）。需配合其他傳感器做一定的補(bǔ)充。
2. 高速場景的激光雷達(dá)感知方案一
2.1 硬件配置
采用一顆RS-LiDAR-32和兩顆RS-LiDAR-16的激光雷達(dá)做融合，多激光雷達(dá)相互補(bǔ)盲，提高點(diǎn)云密度來確保系統(tǒng)冗余性和探測精度。適用于開發(fā)地圖構(gòu)建，實(shí)時(shí)定位、障礙物檢測、目標(biāo)識(shí)別、動(dòng)態(tài)物體跟蹤等多種功能。
2.2 系統(tǒng)方案
該方案將一顆32線激光雷達(dá)水平（略向下傾斜5°）安裝與車頂用于中距離的感知，同時(shí)在左右兩側(cè)分別傾斜安裝一顆16線激光雷達(dá)用于車身近處的補(bǔ)盲，具體安裝如下圖：
2.3 方案評(píng)估
該方案較好的解決了貼近車身側(cè)面的視野盲區(qū)，并且車頂?shù)哪穷w32線激光雷達(dá)水平向下傾斜5°用于減少車前方盲區(qū)范圍。雖然車前后仍有少量視野無法覆蓋，但是可用跟蹤算法做一定的彌補(bǔ)。
3. 高速場景的激光雷達(dá)感知方案二
3.1 硬件配置
采用了一顆RS-Ruby和四顆RS-BPearl激光雷達(dá)做融合，進(jìn)行全方位無死角覆蓋。RS-Ruby是128線雷達(dá)可提供高分辨率的點(diǎn)云，如左圖所示：測量距離可達(dá)到200m，可以在高速場景檢測到遠(yuǎn)距離目標(biāo)；RS-BPearl是短距離補(bǔ)盲雷達(dá)，如右圖所示：垂直FOV高 達(dá) 90°。
3.2 系統(tǒng)方案
該方案將一顆RS-Ruby安裝在車頂，用于360°中遠(yuǎn)距離的感知；在車身周圍分別安裝四顆RS-BPearl，利用其超廣的視場角覆蓋近距離盲區(qū)。具體安裝如下圖：
3.3 方案評(píng)估
該方案采用高線束雷達(dá)+補(bǔ)盲雷達(dá)的方案較好的解決了高速場景遠(yuǎn)距離障礙物點(diǎn)云稀疏以及近距離視野盲區(qū)的問題。缺點(diǎn)當(dāng)時(shí)是貴。
三、(類)固態(tài)雷達(dá)感知方案
覽沃科技的激光雷達(dá)均采用非重復(fù)式掃描的方式，相比傳統(tǒng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)的重復(fù)式掃描，它可以隨著積分時(shí)間的增加，獲得更多的點(diǎn)云。其產(chǎn)品包括MID-40，HORIZON，TELE-15，MID-70，AVIA。根據(jù)它們的視場角和數(shù)據(jù)率，MID-40一般多顆組合使用，HORIZON偏向于做中距離的雷達(dá)感知，TELE-15偏向于做遠(yuǎn)距離的雷達(dá)感知，MID-70偏向于做補(bǔ)盲的功能。
1. 低速場景的激光雷達(dá)感知方案一
1.1 硬件配置
Horizon是一款類似矩形視場角，F(xiàn)OV等于81.7°×25.1°，采用橫向掃描方式的激光雷達(dá)。搭載五顆Horizon可實(shí)現(xiàn) 360° 全視場覆蓋。可用于做障礙物檢測，識(shí)別，跟蹤，建圖，定位等功能。
1.2 系統(tǒng)方案
該方案在車頭左中右三處分別安裝一顆Horizon，用于感知左側(cè)，前方，右側(cè)的環(huán)境信息，在車尾左右兩處分別安裝一顆Horizon用于感知左后方和右后方的環(huán)境信息。如下圖所示：
通過五顆水平視場角81.7°的激光雷達(dá)達(dá)到360°全覆蓋。
此方案有一個(gè)早期版本，利用三顆MID-40組合成一個(gè)MID-100：
應(yīng)該是出于三個(gè)MID-40加起來的水平視場角大于一顆Horizon水平視場角，并且車后方左右兩顆Horizon重疊率略顯不夠的原因考慮，官方曾給出用兩顆MID-100替代車后方兩顆Horizon的方案：
當(dāng)然多個(gè)雷達(dá)的數(shù)據(jù)融合始終沒有一個(gè)雷達(dá)采樣的數(shù)據(jù)精確，建議還是選用第一種方式。
1.3 方案評(píng)估
該方案從視場覆蓋率角度確實(shí)達(dá)到了360°，但是車身左右兩側(cè)仍然存在小塊盲區(qū)，當(dāng)然這部分可以通過跟蹤算法彌補(bǔ)掉。由于Horizon的有效檢測范圍在80米以內(nèi)，所以只適合做中低速的感知方案。
2. 低速場景的激光雷達(dá)感知方案二
2.1 硬件配置
MID-70是一款圓形視場角在水平和垂直方向上均可達(dá) 70.4 °，近處盲區(qū)大幅度降至 5 厘米的激光雷達(dá)。更大視場角和更小盲區(qū)幫助機(jī)器人更全面探測周遭環(huán)境，及時(shí)避開細(xì)小障礙物，適用于物流車、機(jī)器人等低速場景。
2.2 系統(tǒng)方案
該方案在車輛正前方和車尾左右兩邊分別安裝一顆MID-70用于前方和側(cè)向補(bǔ)盲，由于MID-70的有效檢測范圍較短，如需增強(qiáng)前向環(huán)境感知能力，可在車前方左右兩側(cè)分別安裝一顆Horizon用于中距離感知：
2.3 方案評(píng)估
該方案采用圓形視場角的MID-70補(bǔ)償了貼近車身的盲區(qū)，尤其是增強(qiáng)型方案配合Horizon的中距離探測，較好的提供中低速場景的環(huán)境感知能力，唯一缺陷就是后向無法探測來車情況，如遇轉(zhuǎn)彎，變道等情況較難應(yīng)對(duì)。
3. 高速場景的激光雷達(dá)感知方案
3.1 硬件配置
Livox有一款專為遠(yuǎn)距離、高精度探測打造，可感知 500 米外的障礙物，且體積小巧、可靠性強(qiáng)的激光雷達(dá)Tele-15。可在高速行駛中為車輛帶來更充裕的響應(yīng)時(shí)間，保障安全。
雖然Tele-15的探測范圍很遠(yuǎn)，但是其視場角只有14.5°×16.2°，所以在高速場景中往往與Horizon配合使用。產(chǎn)品屬性如下：
3.2 系統(tǒng)方案
高速場景的感知通常都有對(duì)后向來車的探測需求，需要有360°全方位的覆蓋，我們可以在上述中低速感知方案1的基礎(chǔ)上采用五顆Horizon+一顆Tele-15的方式實(shí)現(xiàn)，將Tele-15安裝在車頂前方用于探測遠(yuǎn)距離障礙物：
3.3 方案評(píng)估
該方案基本滿足了遠(yuǎn)中近不同區(qū)域的探測，但是livox積分采樣在高速場景下存在目標(biāo)拖影的問題，即使是100ms的積分時(shí)間，高速運(yùn)動(dòng)的小汽車也可能在一幀數(shù)據(jù)中被拉伸成一輛小型卡車，不同速度造成的物體形變是否可能通過DNN算法來泛化特征值得考量。
四、總結(jié)
本文介紹的幾種激光雷達(dá)感知方案較為通用，將探測遠(yuǎn)距離的激光雷達(dá)+探測中距離激光雷達(dá)+補(bǔ)盲雷達(dá)配合使用。但是各家公司會(huì)根據(jù)實(shí)際需求和應(yīng)用場景做相應(yīng)的變化，比如針對(duì)低速場景，考慮成本問題也可用一顆MID-70置于車頭，通過延長積分時(shí)間的方式增加點(diǎn)云密度，左右兩側(cè)安裝超聲波用于近距離探測等變體形式。
